1實驗裝置一光電效應(yīng)的實驗規(guī)律

光電效應(yīng)：金屬及其化合物在光的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象，逸出的電子稱為光電子。VAKA

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實驗規(guī)律（1）單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)和入射光強成正比。VA（2）遏止電勢差和入射光頻率成線性關(guān)系，與入射光強無關(guān)O（3）截止頻率（紅限）截止頻率與材料有關(guān)與光強無關(guān).0稱為截止頻率或紅限頻率.產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件：（4）瞬時性

無論光強如何微弱，從光照射到光電子出現(xiàn)只需要10-9s的時間。二經(jīng)典電磁波理論的缺陷3瞬時性問題:無法解釋光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎無須時間的積累。1初動能與頻率關(guān)系問題:按經(jīng)典理論光電子的初動能應(yīng)決定于入射光的光強，而不決定于光的頻率。2紅限問題:無法解釋紅限的存在。三愛因斯坦光子假說和光電效應(yīng)方程

光是由一個個的、以光速c運動的粒子組成的粒子流，這種粒子稱為光子，頻率為的每一光子的能量為ε=h，它不能再分割，而只能整個地被吸收或產(chǎn)生出來。1愛因斯坦光子假說2愛因斯坦光電效應(yīng)方程

逸出功與材料有關(guān)3愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋（2）由光電效應(yīng)方程:遏止電壓和入射光頻率的線性關(guān)系。（1）光強大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。（4）電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以無須時間的累積。（3）當(dāng)初動能為零時得到紅限頻率。（紅限頻率）4

普朗克常數(shù)的測定遏止電勢差和入射光頻率的關(guān)系O5光的波粒二象性光子的質(zhì)量

光子的動量（2）粒子性：（光電效應(yīng)等）（1）波動性：光的干涉和衍射光子的能量粒子性波動性四光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用光控繼電器、自動控制、自動計數(shù)、自動報警等.光電倍增管放大器接控件機構(gòu)光光控繼電器示意圖例：波長為450nm的單色光射到純鈉的表面上.

求（1）這種光的光子能量和動量；

（2）光電子逸出鈉表面時的動能；

（3）若光子的能量為2.40eV，其波長為多少？解（1）（2）（3）例：設(shè)有一功率P=1W的點光源，距光源d=3m處有一鉀薄片。假定鉀薄片的電子可以在半徑約為原子半徑r=0.5×10-10m的圓面積內(nèi)收集能量，已知鉀的逸出功A=1.8eV。1）按照經(jīng)典電磁理論，計算電子從照射到逸出需要多長時間；2）如果光源發(fā)出波長為λ=589.3nm的單色光，根據(jù)光子理論，求每單位時間達到鉀片單位面積上有多少光子。打在鉀片單位面積的光子數(shù)2)每個光子的能量單位時間打在鉀片單位面積上的能量解:1)光源照射到鉀片上的光功率電子逸出所需時間A.H.Compton(1892―1962)美國物理學(xué)家1927年獲得諾貝爾物理學(xué)獎15-3

康普頓效應(yīng)1實驗裝置X射線管石墨體X射線譜儀θ晶體一康普頓效應(yīng)散射線中有兩種波長0、，Δ=-02實驗結(jié)果（相對強度）（波長）康普頓實驗指出：1）當(dāng)散射角θ

增加時，波長改變也隨著增加；在同一散射角下，所有散射物質(zhì)的波長改變都相同。2）原子量小的物質(zhì)康普頓散射較強，原子量大的物質(zhì)康普頓散射較弱；3經(jīng)典電磁理論的困難1）根據(jù)經(jīng)典理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將做受迫振動，其頻率等于入射光頻率，它所發(fā)射的散射光頻率也應(yīng)等于入射光頻率2）無法解釋波長改變和散射角的關(guān)系。二光量子理論1）若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子,散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。

光量子理論認為康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果，定性分析如下：2）因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。3）若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量,由于光子質(zhì)量遠小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論,碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變?？灯疹D效應(yīng)的定量分析νYXmoeohYXvmνhφθXmvνcnnohνch0由能量守恒可得：由動量守恒可得：運用余弦定理寫出標量式：最后可得：—康普頓波長1散射光波長的改變量僅與有關(guān)2散射光子能量減小結(jié)論φθXmvνcnnohνch0討論物理意義1若則,可見光沒有康氏效應(yīng).1光子假設(shè)的正確性，狹義相對論力學(xué)的正確性.2微觀粒子也遵守能量守恒和動量守恒定律.2與的關(guān)系與物質(zhì)無關(guān)，是光子與近自由電子間的相互作用.3散射中的散射光是因光子與金屬中的緊束縛電子（原子核）的作用.不同物質(zhì)同一散射角的康氏效應(yīng)

物質(zhì)波長0

輕物質(zhì)（多數(shù)電子處于弱束縛狀態(tài)）弱強重物質(zhì)（多數(shù)電子處于強束縛狀態(tài)）強弱相同點：都是電磁波和物質(zhì)的相互作用過程。光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的比較不同點：光電效應(yīng)：康普頓效應(yīng):入射光子能量不同相互作用過程不同光電效應(yīng)：康普頓效應(yīng):自由電子反沖電子一定頻率電磁波入射，兩種效應(yīng)發(fā)生概率不同發(fā)生光電效應(yīng)的幾率隨光子的能量增大而減小康普頓效應(yīng)與光電效應(yīng)的發(fā)生概率比較吸收系數(shù)(cm-1)10-310-210-110010110-210-1100光子能量(MeV)光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)……例

在康普頓效應(yīng)中，入射光的波長為3×10-3nm，反沖電子的速度為光速的60%，求散射光的波長和散射角。解解（1）

例：波長的X射線與靜止的自由電子作彈性碰撞,在與入射角成角的方向上觀察,問（2）反沖電子得到多少動能？（1）散射波長的改變量為多少？（3）在碰撞中，光子的能量損失了多少？（2）反沖電子的動能

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