光电效应及康普顿效应比较.doc

光电效应与康普顿效应的比较 周嘉夫 （天水师范学院 物理与信息科学学院，甘肃 天水741001） 摘 要: 光电效应和康普顿效应是光的粒子性的两个重要证据，通过对两效应实验规律的 比较及产生条件的分析，论述两效应之间存在的本质差异，进一步说明光电效应和康普效应虽然都是光子与原子的作用过程，但产生条件和现象却是根本不同的。 关键词:光电效应 康普顿效应 光子 散射 电子 自由电子 差异 能量 作用 比较 The Comparison of Photoelectric Effect and Konpton Effect Zhou Jiafu ( School of Physics and Information Science, Tianshui Normal university, 741001) Abstract: Photoelectric effect and Compton effect is the particle nature of light are two important evidence. Effect of the two experiments and production of comparative law analysis of the conditions discussed between the two effects of differences in the photoelectric effect and further Compton Effect Although they are both the role of photon and atom, but phenomena arising from the conditions and it is step-by-step with the fundamental. Key words: Scattering, Electron, PhotoelectricEffect, Konpton Effec,Free Electron，Photon，Function，Energy，Comparison 当频率为的光子与原子相互作用时,由于作用的形式及产生的后果不同，出现的现象主要有：①光子继续按原来的方式运动,就好象那儿没有原子存在一样,而原子也不受任何扰动;②产生光电效应,光子的能量被原子吸收,转移给某个电子,使该电子脱离原子的束缚(从原子中电离),形成一个自由电子和一个正离子;③产生康普顿效应,在该效应中,光子被原子内较松散的外层电子所散射,光子失掉一部分能量变为电子的反冲动能,散射光子的频率减小,由于原子核对外层电子束缚得很松,可把原子的外层电子看作自由电子。除此之外,光子与原子的相互作用,还可能会产生其它一些更复杂的现象，这里不再赘述。本文仅讨论将光电效应和康普顿效应作为光的粒子性的两个有力证据,说明光不仅具有分立的能量,而且还具有一定的动量。用爱因斯坦的光子理论可以圆满解释光电效应和康普顿效应的实验结果。现行光学教材[1][2][3]中,均没有深入讨论两种效应的本质上差异。为什么它们同是光子与电子的碰撞过程,却引起了截然不同的两种效应?本文从实验事实出发,对光电效应和康普顿效应规律和本质作了比较。 1 光电效应和康普顿效应实验规律的比较 光电效应首先是由赫兹在1887年发现的。光照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象叫做光电效应。金属中所逸出的电子叫光电子，这一名字仅为了表示它是由于光的照射而从金属表面飞出的这一事实。其实它与通常的电子毫无区别，因此，光电子的定向移动所形成的电流叫做光电流。光电效应的规律可归纳为以下几点: （1）要产生光电效应，入射光的频率必须 (或)，叫极限频率，对不同金属的值不同，与相应的波长值叫极限波长。如果人射光的频率（或）则无论入射光强度多大，照射时间多长，都不会产生光电效应。 （2）从金属中释放的电子的最大初动能与光的强度无关，与光的频率有关。光电子的最大初动能随入射光频率的增大而线性地增大。 （3）光电子的发射与光的照射几乎是同时的，它们之间的时间不会超过s。 （4） 入射光频率大于极限频率时，饱和光电流(单位时间内发射的光电子数)与入射光强度成正比。 康普顿效应是表明光具有粒子性的另一个现象。这现象首先是由康普顿于1922-1923年间发现的。当波长很短的X射线通过某种物质时，散射光中除了有原有波长的X射线外，还有较长波长的X射线的散射现象称为康普顿效应。康普顿效应的实验规律可归纳成如下两点: (1) 康普顿效应中波长的改变与散射角(散射线与人射线之间的夹角)的关系由康普顿散射公式确定，即=cos)，式中常数0.2463叫做电子的康普顿波长，对于同一散射物质，波长差随角增大而增大，与