光电效应和爱因斯坦的光量子论（共35张PPT）.ppt

康普顿 （A. H.Compton) 美国人(1892-1962） 康普顿在做康普顿散射实验 光的波粒二象性 表示粒子特性的物理量 波长、频率是表示波动性的物理量 表示光子不仅具有波动性，同时也具有粒子性，即具有波粒二象性。 光子是一种基本粒子，在真空中以光速运动 四、光电效应和康普顿效应的区别 相同点：都是电磁波和物质的相互作用过程。 不同点： 1、入射光子能量不同 光电效应中入射光为可见光 康普顿效应中入射光为x射线 ２、相互作用过程不同 光电效应——光子与束缚电子的作用，光子的hv全部被金属中的 束缚电子吸收，使e成为一个自由电子逸出金属表面。 　　康普顿效应——相当于光子与自由电子作用，自由电子只部分吸收光子能量，使光子失去一部分能量，飞行方向偏转。 3、 　　光电效应——e吸收光子的全部能量而脱出金属表面，能量守恒 　　康普顿效应——e和光子弹性碰撞，能量守恒，动量守恒 4、两种效应发生的几率由入射光子的能量和原子的质量决定 如选100kev的光子和铅(重金属)碰撞，它主要发生光电效应 选200kev的光子和铝(轻金属)碰撞，它主要发生康普顿效应 一般来说，发生光电效应的几率随光子的 的增大而减小 光电效应和爱因斯坦的光量子论 19世纪末，人们已发现，当光照射某些金属表面上时，电子会从金属表面逸出。这种现象称为光电效应。产生的电子称为光电子，光电子在电场加速下形成光电流。 光电效应是赫兹在1887年发现的. 1896年汤姆逊发现了电子之后,勒纳德证明了光电效应中发出的是电子 一、光电效应 1 、实验装置 当紫外线照射在金属K的表面上时，如K接电源的负极，A接电源的正极，则可以观察到电路中有电流。这是由于在光照射到金属K上，金属中的电子从表面上逸出来，并在加速电势差 的作用下，从K到达A.从而在电路中 形成电流。 G V GD K A 光 光电效应伏安特性曲线 饱 和 电 流 光 强 较 强 光 强 较 弱 截 止 电 压 （1）饱和光电流强度 与入射光强成正比（ν不变）。说明单位时间内从阴极逸出的光电子数和光强成正比。 　　当光电流达到饱和时，阴极 K 上逸出的光电子全部飞到了阳极上。 2 、光电效应的实验规律 截止电压(遏止电势差） 光电子的最大初动能与入射光强无关。 (可利用此公式，用测量遏止电势差的方法来测量光电子的最大初动能) im2 im1 I2I1 -Ua U （2）光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大 这表明：此时从阴极逸出的最快的光电子，由于受到电场的阻碍，也不能到达阳极了。根据能量分析可得光电子逸出时的最大初动能和截止电压的关系为 是光电子逸出金属表面时的最大速度 　　当电压 U=0 时，光电流并不为零；只有当两极间加了反向电压 U= Ua0 时，光电流才为零，此电压称为截止电压 (遏止电势差) 。 从金属表面逸出的最大初动能,随入射光的频率 v 呈线性增加。 k ：与金属材料无关的普适常数。 U0 ：对同一金属是一个常量，不同金属不同。 把 代入上式可得 O Ua Cs Na 截止电压 Ua 与入射光频率ν呈线性关系 实验表明，截止电压与光的强度无关，但与光频率成线性关系， （4）光电效应是瞬时发生的 实验表明，只要入射光频率? ?0 ，无论光多微弱，从光照 射阴极到光电子逸出，驰豫时间不超过 10-9 S ，无滞后现象。 (3)只有当入射光频率大于一定的红限频率?0 时，才会产生光电效应。 当入射光频率降?低到?0 时，光电子的最大初动能为零,若入射光频率再降低，则无论光强多大都没有光电子产生，不发生光电效应。?0 称为这种金属的红限频率 (截止频率)。 二、经典物理学所遇到的困难 按照经典的物理理论，金属中的自由电子是处在晶格上正电荷所产生的“势阱”之中。这就好象在井底中的动物，如果没有足够的能量是跳不上去的。 1、逸出功，初动能与光强、频率的关系 当光波的电场作用于电子，电子将从光波中吸取能量，克服逸出功，从低能的束缚态，跳过势垒而达到高能的自由态，并具有一定的初动能。 按照经典的波动理论，光波的能量应与光振幅平方成正比亦即应与光强有关。因此，按经典理论，光电子的初动能应随入射光强度的增加而增加。 但实验表明，光电子的初动能与光强无关，而只与入射光的频率呈线性增加，且存在光电效应的频率红限。 2、 光波的能量分布在波面上，电子积累能量需要一段时间，光电效应不可能瞬时发生。 三、 爱因斯坦光量子假设（ 1905 ） h 为普朗克常数 h=6.626176 × 10-34 J · s (1)光是以光速