康普顿效应与光电效应的异同教学内容.ppt

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1、8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程康普顿效应与光电效应的异同8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程一、光电效应实验的规律一、光电效应实验的规律VA（1）实验装置）实验装置 光照射至金属表面光照射至金属表面,电子从金电子从金属表面逸出属表面逸出,称其为称其为光电子光电子.（2）实验规律）实验规律 截止频率（红限）截止频率（红限）几种几种纯金属的纯金属的截止截止频率频率 仅当仅当 才发生光电效应，才发生光电效应，截止频率与截止频率与材料有关

2、材料有关与与光强无关光强无关 .金属金属截止频率截止频率4.545 5.508.065 11.53铯铯 钠钠 锌锌 铱铱 铂铂 19.298-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程 电流饱和值电流饱和值 遏止电压遏止电压 瞬时性瞬时性(不超过不超过10-9s)遏止电势差与入射光频率遏止电势差与入射光频率具有线性关系具有线性关系.当光照射到金属表面上时，当光照射到金属表面上时，几乎立即就有光电子逸出几乎立即就有光电子逸出（光强）（光强）遏止电压遏止电压 与光强无关与光强无关8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普

3、顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程 按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有一定的时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属一定的时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属表面为止表面为止.与实验结果不符与实验结果不符 .（3）经典理论遇到的困难）经典理论遇到的困难 红限问题红限问题 瞬时性问题瞬时性问题 按经典理论按经典理论,无论何种频率的入射光无论何种频率的入射光,只要其强度只要其强度足够大，就能使电子具有足够的能量逸出金属足够大，就能使电子具有足够的能量逸出金属 .与实与实验结果不符验结果不符.8-5 8-5 光电效

4、应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程光量子理论二、爱因斯坦的光量子（光子）理论二、爱因斯坦的光量子（光子）理论8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程（1）“光量子光量子”能量能量:（2）解释实验解释实验几种金属的逸出功几种金属的逸出功金属金属钠钠 铝铝 锌锌 铜铜 银银 铂铂2.28 4.08 4.31 4.70 4.73 6.35爱因斯坦方程爱因斯坦方程 逸出功与逸出功与材料有关材料有关对同一种金属，对同一种金属，一定

5、，一定，与光强无关，与光强无关8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程频率频率 一定，一定，光强光强 越大则单位时间打在金属表面的光越大则单位时间打在金属表面的光子数就越多子数就越多，产生光电效应时单位时间被激发而逸出的，产生光电效应时单位时间被激发而逸出的光电子数也就越多，故饱和电流光电子数也就越多，故饱和电流 与光强与光强 成正比。成正比。每一个电子所得到的能量只与单个光子的能量每一个电子所得到的能量只与单个光子的能量 有关有关，即只与光的频率即只与光的频率 成正比，故光电子的初动能与入射光的成正比，故光电子的初动

6、能与入射光的频率频率 成线性关系，与光强成线性关系，与光强 无关。无关。一个电子同时吸收两个或两个以上光子的概率几乎为零一个电子同时吸收两个或两个以上光子的概率几乎为零，因此，若金属中电子吸收光子的能量因此，若金属中电子吸收光子的能量 即入射光频率即入射光频率 时时,电子不能逸出电子不能逸出,不产生光电效应。不产生光电效应。光子与电子发生作用时，光子与电子发生作用时，光子一次性将能量光子一次性将能量 交给电子交给电子，不需要持续的时间积累，故光电效应瞬时即可产生。不需要持续的时间积累，故光电效应瞬时即可产生。爱因斯坦因此而获得了爱因斯坦因此而获得了19211921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学

7、奖(iS 光电子数光电子数入射光强入射光强)8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程（3 3）的测定的测定爱因斯坦方程爱因斯坦方程:遏止电势差和入遏止电势差和入射光频率的关系射光频率的关系8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程三三 光的波粒二象性光的波粒二象性 光子能量光子能量 （2）粒子性：）粒子性：（光电效应等）（光电效应等）（1）波动性：）波动性：光的干涉和衍射光的干涉和衍射描述光的描述光的 粒子性粒子性 描述光的描述光的 波动性波动性

8、 相对论能量和动量关系相对论能量和动量关系8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程 波长为波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上的单色光射到纯钠的表面上.求（求（1）这种光的光子能量和动量；这种光的光子能量和动量；（2）光电子逸出钠表面时的动能；光电子逸出钠表面时的动能；（3）若光子的能量为若光子的能量为2.40eV，其波长为多少？，其波长为多少？解解（1）（2）（3）8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程*光电效应在近代技术中的应用光电效

9、应在近代技术中的应用光控继电器、自动控制、光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等自动计数、自动报警等.光电倍增管光电倍增管放大器放大器接控件机构接控件机构光光光控继电器示意图光控继电器示意图8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程1.实验装置实验装置2.实验结果实验结果 19201920年，美国物理学家康普顿在观察年，美国物理学家康普顿在观察X X射线被物质散射时，发射线被物质散射时，发现现散射线散射线中含有中含有波长发生变化波长发生变化了的成分了的成分.8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一

10、章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程偏移散射角实验l l l l l l 波长偏移量检测系统检测系统晶 体l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l 散射角l l l l 射 线 源l 散射体散射体散射体散射体l l j j 实验实验8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程不同物质实验l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l 我国物理学家我国物理学家吴有训吴有训在与康普顿共同研究中还发现：在与康

11、普顿共同研究中还发现：8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程 电子反冲速度很大，需用电子反冲速度很大，需用相对论力学相对论力学来处理来处理.（1 1）物理模型）物理模型）物理模型）物理模型 入射光子（入射光子（X 射线或射线或 射线）能量大射线）能量大 .固体表面电子束缚较弱，可视为固体表面电子束缚较弱，可视为近自由电子近自由电子.4.量子解释量子解释光子光子电子电子电子电子光子光子 电子热运动能量电子热运动能量 ，可近似为，可近似为静止电子静止电子.范围为：范围为：经典电磁理论预言，散射辐射具有经典电磁理论预言，散

12、射辐射具有和入射辐射一样的频率和入射辐射一样的频率.经典理论经典理论无法解释波长变化无法解释波长变化.3.经典理论的困难经典理论的困难8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程（2 2）理论分析）理论分析）理论分析）理论分析能量守恒能量守恒动量守恒动量守恒8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程 散射光波长的改变量散射光波长的改变量 仅与仅与 有关有关 散射光子能量减小散射光子能量减小（3 3）结论）结论）结论）结论 康普顿公式康普顿公式 康普顿

13、波长康普顿波长 nm1043.2m1043.23120C-=cmhl l8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程（4 4）讨论）讨论（5 5）物理意义）物理意义 若若 则则 ,可见光观察可见光观察不不到康普顿效应到康普顿效应.与经典理论一致与经典理论一致.光子假设的正确性，狭义相对论力学的正确性光子假设的正确性，狭义相对论力学的正确性.微观粒子也遵守微观粒子也遵守能量守恒能量守恒和和动量守恒动量守恒定律定律.与与 的关系的关系与物质无关与物质无关，是光子与近自由电子，是光子与近自由电子间的相互作用间的相互作用.散射中散

14、射中 的散射光是因的散射光是因光子光子与金属中的与金属中的紧束缚紧束缚电子电子（原子核）的作用（原子核）的作用.康普顿公式康普顿公式8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程康普顿、光电效应比较康普顿效应与光电效应的异同康普顿效应与光电效应的异同 康普顿效应与光电效应都涉及光子与电子的相互作用。在光电效应中，入射光为可见光或紫外线，其光子能量为ev数量级，与原子中电子的束缚能相差不远，光子能量全部交给电子使之逸出，并具有初动能。光电效应证实了此过程服从能量守恒定律。在康普顿效应中，入射光为X射线或 g g射线,光子能量为

15、10 ev 数量级甚至更高，远大于散射物质中电子的束缚能，原子中的外层的电子可视为自由电子，光子能量只被自由电子吸收了一部分并发生散射。康普顿效应证实了此过程可视为弹性碰撞过程，能量、动量均守恒，更有力地证实了光的粒子性。证实了光的粒子性。证实了光的粒子性。证实了光的粒子性。48-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程解（解（1）（2）反冲电子的动能反冲电子的动能（3）光子损失的能量反冲电子的动能光子损失的能量反冲电子的动能 例例 波长波长 的的X射线与静止的自由电射线与静止的自由电子作弹性碰撞子作弹性碰撞,在与入射角成在与入射角成 角的方向上观察角的方向上观察,问问（2）反冲电子得到多少动能？反冲电子得到多少动能？（1）散射波长的改变量散射波长的改变量 为多少？为多少？（3）在碰撞中，光子的能量损失了多少？在碰撞中，光子的能量损失了多少？8-5 8-5 光电效应与康普顿效应光电效应与康普顿效应第一章质点运动学第一章质点运动学简明物理学简明物理学教程教程此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢