第2节光电效应和康普顿效应ppt课件.ppt

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1、第二节光电效应康普顿效应11887年赫兹发现了光电效应。1.什么是光电效应当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。如带电小锌球在紫外线照射下会失去负电荷带上正电。由于金属表面的电子吸收外界的光子，克服金属的束缚而逸出金属表面的现象。一、光电效应由于半导体表面的电子吸收外界的光子，使其导电性能增强的现象。外光电效应内光电效应2阳极阴极石英窗光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。光电子在电场作用下形成光电流。将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍

2、作用。2.光电效应的实验规律1.光电效应实验当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值U0时，光电流恰为0。U0称反向遏止电压。光电子动能转换成电势能截止电压的大小反映光电子初动能的大小。3阳极阴极石英窗2.光电效应实验规律①.光电流与光强的关系饱和光电流强度与入射光强度成正比。②.截止频率0----红限对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率0。当入射光频率>0时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率<0时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。当>0时，与光强无关。光电子初动能反向遏止

3、电压光电流正比于光强。③光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间<10-9s。4经典理论无法解释光电效应的实验结果。经典认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只要频率高于红限，既使光强很弱也有光电流；频率低于红限时，无论光强再大也没有光电流。光

4、电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。53.爱因斯坦的光量子假设1.内容光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为的光是由大量能量为=h光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速c运动。在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功A，另一部分变为光电子的动能Ek0。由能量守恒可得出：2.爱因斯坦光电效应方程式中：A为电子逸

5、出金属表面所需作的功，称为逸出功；为光电子的最大初动能。6初动能及反向遏止电压与成正比，而与光强无关。（2）的解释3.光电效应的解释由可知，（1）截止频率0（红限）的解释当入射光频率>0时，电子才能逸出金属表面，产生光电效应。不同金属具有不同的截止频率。（3）光电流正比于光强的解释光强正比于单位时间流过单位面积的光子数。光强越大，光子数越多。7（4）光电效应瞬时性的解释电子吸收光子时间很短，只要光子频率大于截止频率，电子就能立即逸出金属表面，无需积累能量的时间，与光强无关。爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当

6、时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。例1：铂的逸出功为6.3eV，求铂的截止频率0。解：金属内电子吸收一个光子可以释放一个光电子。光强越大，光电子越多，光电流越大。8例2：钾的截止频率0=4.621014Hz，以波长=435.8nm的光照射，求钾放出光电子的初速度。解：美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。4.光电效应理论的验证9放大器控制机构可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自

7、动跟踪等。4.光电效应在近代技术中的应用1.光控继电器可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105~108倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。2.光电倍增管10由相对论光子的质能关系光子的质量5.光子的质量、能量和动量由相对论质速关系有所以，光子的静止质量为零。光子的能量就是动能。由狭义相对论能量和动量的关系式光子的能量和动量的关系式为：光子的动量：11例：求波长为20nm紫外线光子的能量、动量及质量。解：能量动量质量12二、康普顿效应1.光的散射光束通过光学性质不均匀的介质时，从侧面可以看到光的现象称为光的散

8、射。光在各个方向上散射光强的分布与光的波长有关，光的偏振状态也不同。2.康普顿效应在X射线通过物质散射时，散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更大的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长0和散射物质都无关。引言：爱因斯坦断言：光是由光子组成，但真正证明光是由光子组成的还是康普顿实验。1