全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)

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

當(dāng)光線照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。逸出的電子稱為光電子。一、光電效應(yīng)第四頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日陽(yáng)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(chǎng)作用下形成光電流。2.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)第五頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日陽(yáng)極陰極

將換向開(kāi)關(guān)反接，電場(chǎng)反向，則光電子離開(kāi)陰極后將受反向電場(chǎng)阻礙作用。

當(dāng)K、A間加反向電壓，光電子克服電場(chǎng)力作功，當(dāng)電壓達(dá)到某一值Uc時(shí)，光電流恰為0。Uc稱遏止電壓。遏止電壓第六頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日IUcOU光強(qiáng)較弱光電效應(yīng)伏安特性曲線光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置遏止電壓

一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律陽(yáng)極陰極第七頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日IIsUaOU光強(qiáng)較強(qiáng)光強(qiáng)較弱光電效應(yīng)伏安特性曲線光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置遏止電壓飽和電流

一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律陽(yáng)極陰極第八頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日陽(yáng)極陰極石英窗2.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律①.光電流與光強(qiáng)的關(guān)系飽和光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。②.截止頻率c----極限頻率對(duì)于每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的截止頻率c。

當(dāng)入射光頻率

>c

時(shí)，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率

<c時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大也無(wú)電子逸出金屬表面。③光電效應(yīng)是瞬時(shí)的。從光開(kāi)始照射到光電逸出所需時(shí)間<10-9s。第九頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日經(jīng)典理論無(wú)法解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

經(jīng)典認(rèn)為，按照經(jīng)典電磁理論，入射光的光強(qiáng)越大，光波的電場(chǎng)強(qiáng)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(yīng)該越大。也就是說(shuō)，光電子的能量應(yīng)該隨著光強(qiáng)度的增加而增大，不應(yīng)該與入射光的頻率有關(guān)，更不應(yīng)該有什么截止頻率。第十頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日

光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明：飽和電流不僅與光強(qiáng)有關(guān)而且與頻率有關(guān)，光電子初動(dòng)能也與頻率有關(guān)。只要頻率高于極限頻率，即使光強(qiáng)很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)再大也沒(méi)有光電流。

光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性。而經(jīng)典認(rèn)為光能量分布在波面上，吸收能量要時(shí)間，即需能量的積累過(guò)程。

為了解釋光電效應(yīng)，愛(ài)因斯坦在能量子假說(shuō)的基礎(chǔ)上提出光子理論，提出了光量子假設(shè)。第十一頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日3.愛(ài)因斯坦的光量子假設(shè)1.內(nèi)容

光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)以能量為h的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時(shí)也是如此。也就是說(shuō)，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(yùn)動(dòng)。

在光電效應(yīng)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?dòng)能Ek

。由能量守恒可得出：2.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)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(dòng)能。第十二頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日3.從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光的頻率成線性關(guān)系

4.從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動(dòng)能為零時(shí)，可得極極限頻率：

愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋：

1.光強(qiáng)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(gè)光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時(shí)間的累積。第十三頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日由于愛(ài)因斯坦提出的光子假說(shuō)成功地說(shuō)明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動(dòng)理論。4.光電效應(yīng)理論的驗(yàn)證

美國(guó)物理學(xué)家密立根，花了十年時(shí)間做了“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，結(jié)果在1915年證實(shí)了愛(ài)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(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日愛(ài)因斯坦由于對(duì)光電效應(yīng)的理論解釋和對(duì)理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過(guò)著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。第十五頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日

康普頓效應(yīng)第十六頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日1.光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)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(yīng)

1923年康普頓在做X射線通過(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。第十七頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日一.康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律：晶體

光闌X射線管探測(cè)器X射線譜儀

石墨體(散射物質(zhì))j0散射波長(zhǎng)第十八頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日康普頓正在測(cè)晶體對(duì)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(zhǎng)的電磁波，散射光的波長(zhǎng)是不會(huì)改變的！第十九頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日康普頓散射曲線的特點(diǎn)：1.除原波長(zhǎng)0外出現(xiàn)了移向長(zhǎng)波方向的新的散射波長(zhǎng)。2.新波長(zhǎng)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(zhǎng)的偏移為=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波長(zhǎng).......0第二十頁(yè)，共二十二頁(yè)，2022年，8月28日三.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義（1）有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)；（2）首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”

的假設(shè)；（3）證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)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(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于“混進(jìn)來(lái)了某