大学物理：光电康普顿1

1实验装置一光电效应的实验规律

光电效应：金属及其化合物在光的照射下发射电子的现象，逸出的电子称为光电子。VAKA

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实验规律（1）单位时间内逸出的光电子数和入射光强成正比。VA（2）遏止电势差和入射光频率成线性关系，与入射光强无关O（3）截止频率（红限）截止频率与材料有关与光强无关.0称为截止频率或红限频率.产生光电效应的条件：（4）瞬时性

无论光强如何微弱，从光照射到光电子出现只需要10-9s的时间。二经典电磁波理论的缺陷3瞬时性问题:无法解释光电效应的产生几乎无须时间的积累。1初动能与频率关系问题:按经典理论光电子的初动能应决定于入射光的光强，而不决定于光的频率。2红限问题:无法解释红限的存在。三爱因斯坦光子假说和光电效应方程

光是由一个个的、以光速c运动的粒子组成的粒子流，这种粒子称为光子，频率为的每一光子的能量为ε=h，它不能再分割，而只能整个地被吸收或产生出来。1爱因斯坦光子假说2爱因斯坦光电效应方程

逸出功与材料有关3爱因斯坦对光电效应的解释（2）由光电效应方程:遏止电压和入射光频率的线性关系。（1）光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。（4）电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以无须时间的累积。（3）当初动能为零时得到红限频率。（红限频率）4

普朗克常数的测定遏止电势差和入射光频率的关系O5光的波粒二象性光子的质量

光子的动量（2）粒子性：（光电效应等）（1）波动性：光的干涉和衍射光子的能量粒子性波动性四光电效应在近代技术中的应用光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等.光电倍增管放大器接控件机构光光控继电器示意图例：波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上.

求（1）这种光的光子能量和动量；

（2）光电子逸出钠表面时的动能；

（3）若光子的能量为2.40eV，其波长为多少？解（1）（2）（3）例：设有一功率P=1W的点光源，距光源d=3m处有一钾薄片。假定钾薄片的电子可以在半径约为原子半径r=0.5×10-10m的圆面积内收集能量，已知钾的逸出功A=1.8eV。1）按照经典电磁理论，计算电子从照射到逸出需要多长时间；2）如果光源发出波长为λ=589.3nm的单色光，根据光子理论，求每单位时间达到钾片单位面积上有多少光子。打在钾片单位面积的光子数2)每个光子的能量单位时间打在钾片单位面积上的能量解:1)光源照射到钾片上的光功率电子逸出所需时间A.H.Compton(1892―1962)美国物理学家1927年获得诺贝尔物理学奖15-3

康普顿效应1实验装置X射线管石墨体X射线谱仪θ晶体一康普顿效应散射线中有两种波长0、，Δ=-02实验结果（相对强度）（波长）康普顿实验指出：1）当散射角θ

增加时，波长改变也随着增加；在同一散射角下，所有散射物质的波长改变都相同。2）原子量小的物质康普顿散射较强，原子量大的物质康普顿散射较弱；3经典电磁理论的困难1）根据经典理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将做受迫振动，其频率等于入射光频率，它所发射的散射光频率也应等于入射光频率2）无法解释波长改变和散射角的关系。二光量子理论1）若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。

光量子理论认为康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果，定性分析如下：2）因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。3）若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论,碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。康普顿效应的定量分析νYXmoeohYXvmνhφθXmvνcnnohνch0由能量守恒可得：由动量守恒可得：运用余弦定理写出标量式：最后可得：—康普顿波长1散射光波长的改变量仅与有关2散射光子能量减小结论φθXmvνcnnohνch0讨论物理意义1若则,可见光没有康氏效应.1光子假设的正确性，狭义相对论力学的正确性.2微观粒子也遵守能量守恒和动量守恒定律.2与的关系与物质无关，是光子与近自由电子间的相互作用.3散射中的散射光是因光子与金属中的紧束缚电子（原子核）的作用.不同物质同一散射角的康氏效应

物质波长0

轻物质（多数电子处于弱束缚状态）弱强重物质（多数电子处于强束缚状态）强弱相同点：都是电磁波和物质的相互作用过程。光电效应和康普顿效应的比较不同点：光电效应：康普顿效应:入射光子能量不同相互作用过程不同光电效应：康普顿效应:自由电子反冲电子一定频率电磁波入射，两种效应发生概率不同发生光电效应的几率随光子的能量增大而减小康普顿效应与光电效应的发生概率比较吸收系数(cm-1)10-310-210-110010110-210-1100光子能量(MeV)光电效应康普顿效应……例

在康普顿效应中，入射光的波长为3×10-3nm，反冲电子的速度为光速的60%，求散射光的波长和散射角。解解（1）

例：波长的X射线与静止的自由电子作弹性碰撞,在与入射角成角的方向上观察,问（2）反冲电子得到多少动能？（1）散射波长的改变量为多少？（3）在碰撞中，光子的能量损失了多少？（2）反冲电子的动能

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