大學物理：光電康普頓1

1實驗裝置一光電效應的實驗規(guī)律

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

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

無論光強如何微弱，從光照射到光電子出現只需要10-9s的時間。二經典電磁波理論的缺陷3瞬時性問題:無法解釋光電效應的產生幾乎無須時間的積累。1初動能與頻率關系問題:按經典理論光電子的初動能應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生出來。1愛因斯坦光子假說2愛因斯坦光電效應方程

逸出功與材料有關3愛因斯坦對光電效應的解釋（2）由光電效應方程:遏止電壓和入射光頻率的線性關系。（1）光強大，光子數多，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）當初動能為零時得到紅限頻率。（紅限頻率）4

普朗克常數的測定遏止電勢差和入射光頻率的關系O5光的波粒二象性光子的質量

光子的動量（2）粒子性：（光電效應等）（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在近代技術中的應用光控繼電器、自動控制、自動計數、自動報警等.光電倍增管放大器接控件機構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的圓面積內收集能量，已知鉀的逸出功A=1.8eV。1）按照經典電磁理論，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)美國物理學家1927年獲得諾貝爾物理學獎15-3

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

增加時，波長改變也隨著增加；在同一散射角下，所有散射物質的波長改變都相同。2）原子量小的物質康普頓散射較強，原子量大的物質康普頓散射較弱；3經典電磁理論的困難1）根據經典理論，當電磁波通過物質時，物質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等于入射光頻率2）無法解釋波長改變和散射角的關系。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是光子和電子作彈性碰撞的結果，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，所以波長改變和散射角有關。3）若光子和束縛很緊的內層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量,由于光子質量遠小于原子質量，根據碰撞理論,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2散射光子能量減小結論φθXmvνcnnohνch0討論物理意義1若則,可見光沒有康氏效應.1光子假設的正確性，狹義相對論力學的正確性.2微觀粒子也遵守能量守恒和動量守恒定律.2與的關系與物質無關，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.不同物質同一散射角的康氏效應

物質波長0

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

在康普頓效應中，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

（3