第25讲光电效应和康普顿效应VIP免费

一光电效应及其实验规律实验表明，金属及其化合物在光照射下会发射电子，这个现象称为光电效应；从金属表面逸出的电子称为光电子，光电子运动形成光电流。1.实验现象在一个真空管内，装有阴极K和阳极A，当单色光通过石英窗口射到K上时，金属板便释放光电子。如果在K、A两端加上电压U，则光电子飞向阳极，回路中形成光电流。16.2光的量子性2.实验规律①当一定频率的光照射到K表面时，真空管内几乎立刻出现光电子，形成光电流。即光电效应是瞬时的，弛豫时间小于10-9秒。③当入射光频率v一定时,光电流随着正向电压的减小而减小;当正向电压为零时,仍有光电流,只有当电压为某个反向电压值时,其电流才为零。这个反向电压称为遏止电压Ua。光电子初动能有一定限度，最大初动能与遏止电压间具有下列关系：伏安特性曲线is3is1is2I1I2I3UaUiI1>I2>I3②当光源频率和外加电压固定时，饱和光电流强度is与入射光强度I成正比。0212vmaxameU实验表明，最大初动能与入射光强无关，遏止电压Ua与入射光频率之间具有线性关系。④不同的金属材料，存在不同的极限频率ν0。当入射光频率ν<ν0时，不会产生光电效应.ν0——红限频率。0aUkUk：直线的斜率；U0：逸出电位。3.实验规律与经典物理的矛盾①电子在电磁波作用下作受迫振动，直到获得足够能量逸出，不应存在红限0。③当光强很小时，电子要逸出，必须经较长时间的能量积累。②光电子最大初动能取决于光强，应该和光的频率无关。为了解释光电效应的实验规律，化解与经典物理学的矛盾，1905年春天，爱因斯坦根据普朗克的能量子观点，提出了光量子假设。按爱因斯坦的思想，从光源发出的一束光在传播过程中，它的能量并不是连续分布的，而形成一个个“能量包”─爱因斯坦称其为“光量子”。这些光量子在运动中并不瓦解，而且只能整个地被吸收或发射。4.光量子假设1926年，美国学者刘易斯将光量子定名为光子.根据这个假设，光电效应得到了很好的解释。按照光量子假设，光是一束以光速c运动的粒子流─光子流，每个光子的能量ε=h.其中A为逸出功；5.爱因斯坦光电效应方程212vmhAm如果电子吸收了一个能量足够大的光子，就能克服金属材料的逸出功，跃出成为光电子。212mmv是剩余动能。按能量守恒定律若剩余动能不为零，即使K、A间没有正向电压，逸出的光电子也能到达阳极形成光电流。——爱因斯坦方程212mmhAv212mameUv与实验结果相对比0aUkU2012vmmekeU因此光电效应的红限频率必须满足条件v≥U0/k=A/h,才能产生光电效应.00//UkAhhek一种实验测定A,h的方法.不同的金属材料ν0不同0AeU0U•单位时间到达单位垂直面积的光子数为n，则光强I=nh。•光频率v>A/h时，电子吸收一个光子即可克服逸出功A逸出。不需要长时间的能量积累。•光电子最大初动能和光频率v成线性关系。讨论•I越强,到阴极的光子越多，则逸出的光电子越多，饱和光电流越大。光电效应的疑团完美解决。212mmhAv2212IAu：按照波求光动强的方法关于这些问题，爱因斯坦在狭义相对论中给出了答案。2EmcEh2Emc2hcEpchpch波长、频率是描写波动性的物理量。质量、动量、能量是描写粒子性的物理量。所以爱因斯坦对“光”同时赋予了波动性和粒子性。0221/mmuc222240Epcmcuc00m爱因斯坦把光束视为粒子流，那么“光”就不仅具有能量，而且还应该有质量、动量！二光的波粒二象性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）单纯用波动粒子均不能完整地描述光的性质无法用经典语言准确建立光的模型光：既不是经典波，又不是经典粒子光子：用量子力学描述光子的量子力学模型2IAIn2nA振幅越大，表示光子数越多，光子到达该处概率越大.——概率波“波粒二象性”借用经典“波”和“粒子”术语，但既不是经典波，又不是经典粒子。chcEmhmcpmchchE222212IAuI=nh经典物理解释光电效应遇到的困难在于它仅看到了光的波动性，爱因斯坦在光与物质相互作用的过程中应用了光的粒子性，因而成功地解决...