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§15-2 光电效应 爱因斯坦光量子理论 §15-3 康普顿效应 15-2-1 光电效应 光电效应：当一束光照射在金属表面上时，金属表面会有电子逸出的现象。 逸出的电子称为光电子。 回路中形成电流称为光电流。 光电效应实验的结果： 1. 存在截止频率（又称红限） 当入射光的频率 大于截止频率 时，才能产生光电效应；反之，无论入射光的强度多大，都不能产生光电效应。不同材料的截止频率不同。 2. 在入射光频率不变时，饱和光电流随入射光强度 I 增加而增大； 即：K极逸出的电子数与入射光的强度成正比。 当加速电压为零时，光电流并不为零 。存在遏止电压 。 3. 遏止电压与入射光强度无关，但与入射光的频率成正比。 即：光电子初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关。 截止电压反映了光电子的最大初动能。 4. 光电效应具有瞬时响应特性 只要? ??0 ，无论光强多弱，产生光电效应几乎无驰豫（t10-9秒）时间。 经典理论解释光电效应的困难： 1、存在截止频率（红限）?o 不论什么频率，只要光强足够大，总能使电子吸收能量而逸出金属，而与频率无关。没有红限。 2、光电子初动能与入射光强无关。随入射光频率增加。 按光的波动理论，金属中电子受入射光波电场作用作受迫振动，入射光能量决定于光振动的振幅（即光强），则电子吸收的能量也应与光强成正比，因而电子初动能与光强有关。 如果入射光强较弱，电子须经相当长时间累积足够能量而逸出金属表面。响应快慢取决光强。 爱因斯坦进一步发展了普朗克假设（只是发射和吸收辐射能时量子化），干脆认为电磁场本身就是量子化的。 3、不论入射光强度如何，只要入射到金属表面后的10-9秒内就能发出光电子。 15-2-2 爱因斯坦光量子理论 爱因斯坦在普朗克能量子假设的基础上进一步提出了光子假设。 爱因斯坦认为光在发射、吸收、传播时都具有粒子性，一束光是一粒粒以光速c运动的粒子流，这些粒子称为光量子，即光子。 光子： （能量取决于频率） 金属中自由电子吸收一个光子能量后，一部分用于电子从金属表面逸出所需的逸出功 ，一部分转化为光电子的动能。 爱因斯坦光电效应方程： 逸出功（W ）： 电子用于克服金属表面势垒的束缚而做的功。 初动能： 红限： 产生光电效应的条件光子： 打出的光电子初动能： 爱因斯坦对光电效应的实验解释： 1.入射光的强度I 取决于单位时间内垂直通过单位面积的光子数n 。 入射光较强时，含有的光子数较多，所以获得能量而逸出的电子数也多，饱和电流自然也就大。 2.当 时，电子无法获得足够能量脱离金属表面，因此存在红限 。 4.光电效应瞬时响应的性质。 3. 根据 遏止电压与入射光的频率成正比，比例系数与材料的性质无关。 即使光强很弱，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。 爱因斯坦因此而获得了1921年诺贝尔物理学奖 15-2-3 光的波粒二像性 光子能量： 光子静止质量： 光子动量： 光子质量： 光的性质 不同侧面 波动性： 突出表现在传播过程中 (干涉、衍射) 粒子性： 突出表现在与物质相互作用中 (光电效应、康普顿效应) 光的波动性（ ）与粒子性（ ） 由h 联系在一起 例2. 钾的光电效应红限为?0= 6.2?10-7m，求（1）电子的逸出功；（2）在波长为3.0 ?10-7m的紫外线照射下，截止电压为多少？（3）电子的初速度为多少？ 解 例3. 有一金属钾薄片，距弱光源3米。此光源的功率为1W，计算在单位时间内打在金属单位面积上的光子数。设? = 589 nm 。 解 康普顿效应：当X射线被物质散射时，散射光中不仅有与入射光相同的波长成分，更有波长大于入射光波长的成分。 15-3-1康普顿散射的实验规律 1. 在原子量小的物质中，康普顿散射较强，反之较弱。 2. 波长的改变量?-?o随散射角? 的增加而增加。 3. 对不同的散射物质，只要在同一个散射角下，波长的改变量?-?o都相同。 P.*/63 第15章 量子力学简介 第 十五 章 量子力学简介 热辐射实验 迈克尔逊-莫雷实验 19世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂。会上，英国著名物理学家W．汤姆生（即开尔文男爵）发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。同时，他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲道：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩