全國中學生物理競賽光電效應康普頓效應

全國中學生物理競賽光電效應康普頓效應第一頁，共二十二頁，2022年，8月28日用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導線與不帶電的驗電器相連），使驗電器張角增大到約為30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。。一、光電效應現(xiàn)象表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電第二頁，共二十二頁，2022年，8月28日定義：在光(包括不可見光)的照射下，從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應。發(fā)射出來的電子叫做光電子第三頁，共二十二頁，2022年，8月28日1.什么是光電效應

當光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應。逸出的電子稱為光電子。一、光電效應第四頁，共二十二頁，2022年，8月28日陽極陰極石英窗

光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出----光電子。光電子在電場作用下形成光電流。2.光電效應的實驗規(guī)律1.光電效應實驗第五頁，共二十二頁，2022年，8月28日陽極陰極

將換向開關反接，電場反向，則光電子離開陰極后將受反向電場阻礙作用。

當K、A間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當電壓達到某一值Uc時，光電流恰為0。Uc稱遏止電壓。遏止電壓第六頁，共二十二頁，2022年，8月28日IUcOU光強較弱光電效應伏安特性曲線光電效應實驗裝置遏止電壓

一、光電效應的實驗規(guī)律陽極陰極第七頁，共二十二頁，2022年，8月28日IIsUaOU光強較強光強較弱光電效應伏安特性曲線光電效應實驗裝置遏止電壓飽和電流

一、光電效應的實驗規(guī)律陽極陰極第八頁，共二十二頁，2022年，8月28日陽極陰極石英窗2.光電效應實驗規(guī)律①.光電流與光強的關系飽和光電流強度與入射光強度成正比。②.截止頻率c----極限頻率對于每種金屬材料，都相應的有一確定的截止頻率c。

當入射光頻率

>c

時，電子才能逸出金屬表面；當入射光頻率

<c時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。③光電效應是瞬時的。從光開始照射到光電逸出所需時間<10-9s。第九頁，共二十二頁，2022年，8月28日經(jīng)典理論無法解釋光電效應的實驗結果。

經(jīng)典認為，按照經(jīng)典電磁理論，入射光的光強越大，光波的電場強度的振幅也越大，作用在金屬中電子上的力也就越大，光電子逸出的能量也應該越大。也就是說，光電子的能量應該隨著光強度的增加而增大，不應該與入射光的頻率有關，更不應該有什么截止頻率。第十頁，共二十二頁，2022年，8月28日

光電效應實驗表明：飽和電流不僅與光強有關而且與頻率有關，光電子初動能也與頻率有關。只要頻率高于極限頻率，即使光強很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時，無論光強再大也沒有光電流。

光電效應具有瞬時性。而經(jīng)典認為光能量分布在波面上，吸收能量要時間，即需能量的積累過程。

為了解釋光電效應，愛因斯坦在能量子假說的基礎上提出光子理論，提出了光量子假設。第十一頁，共二十二頁，2022年，8月28日3.愛因斯坦的光量子假設1.內容

光不僅在發(fā)射和吸收時以能量為h的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時也是如此。也就是說，頻率為的光是由大量能量為=h光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速c運動。

在光電效應中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功A，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭幽蹺k

。由能量守恒可得出：2.愛因斯坦光電效應方程為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功；

為光電子的最大初動能。第十二頁，共二十二頁，2022年，8月28日3.從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關系

4.從光電效應方程中，當初動能為零時，可得極極限頻率：

愛因斯坦對光電效應的解釋：

1.光強大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。

2.電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時間的累積。第十三頁，共二十二頁，2022年，8月28日由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應的實驗規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學獎。

愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應，但當時并未被物理學家們廣泛承認，因為它完全違背了光的波動理論。4.光電效應理論的驗證

美國物理學家密立根，花了十年時間做了“光電效應”實驗，結果在1915年證實了愛因斯坦方程，h的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。第十四頁，共二十二頁，2022年，8月28日愛因斯坦由于對光電效應的理論解釋和對理論物理學的貢獻獲得1921年諾貝爾物理學獎密立根由于研究基本電荷和光電效應，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學獎。第十五頁，共二十二頁，2022年，8月28日

康普頓效應第十六頁，共二十二頁，2022年，8月28日1.光的散射光在介質中與物質微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射2.康普頓效應

1923年康普頓在做X射線通過物質散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關，而與入射線波長和散射物質都無關。第十七頁，共二十二頁，2022年，8月28日一.康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：晶體

光闌X射線管探測器X射線譜儀

石墨體(散射物質)j0散射波長第十八頁，共二十二頁，2022年，8月28日康普頓正在測晶體對X射線的散射

按經(jīng)典電磁理論：

如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的！第十九頁，共二十二頁，2022年，8月28日康普頓散射曲線的特點：1.除原波長0外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長。2.新波長隨散射角的增大而增大。

散射中出現(xiàn)≠0的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。波長的偏移為=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波長.......0第二十頁，共二十二頁，2022年，8月28日三.康普頓散射實驗的意義（1）有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設；（2）首次在實驗上證實了“光子具有動量”

的假設；（3）證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的?？灯疹D的成功也不是一帆風順的，在他早期的幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某