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)用弧光燈照射擦得很亮得鋅板,(注意用導(dǎo)線與不帶電得驗(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)得玻璃棒去靠近鋅板,則驗(yàn)電器得指針張角會(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定義:在光(包括不可見(jiàn)光)得照射下,從物體發(fā)射電子得現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來(lái)得電子叫做光電子1、什么就是光電效應(yīng)

當(dāng)光線照射在金屬表面時(shí),金屬中有電子逸出得現(xiàn)象,稱為光電效應(yīng)。逸出得電子稱為光電子。一、光電效應(yīng)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)得實(shí)驗(yàn)規(guī)律1、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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)得實(shí)驗(yàn)規(guī)律陽(yáng)極陰極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)得實(shí)驗(yàn)規(guī)律陽(yáng)極陰極陽(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)得關(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)得有一確定得截止頻率

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)就是瞬時(shí)得。從光開(kāi)始照射到光電逸出所需時(shí)間<10-9s。經(jīng)典理論無(wú)法解釋光電效應(yīng)得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

經(jīng)典認(rèn)為,按照經(jīng)典電磁理論,入射光得光強(qiáng)越大,光波得電場(chǎng)強(qiáng)度得振幅也越大,作用在金屬中電子上得力也就越大,光電子逸出得能量也應(yīng)該越大。也就就是說(shuō),光電子得能量應(yīng)該隨著光強(qiáng)度得增加而增大,不應(yīng)該與入射光得頻率有關(guān),更不應(yīng)該有什么截止頻率。11大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流

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,即需能量得積累過(guò)程。

為了解釋光電效應(yīng),愛(ài)因斯坦在能量子假說(shuō)得基礎(chǔ)上提出光子理論,提出了光量子假設(shè)。3、愛(ài)因斯坦得光量子假設(shè)1、內(nèi)容

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

得光就是由大量能量為=h光子組成得粒子流,這些光子沿光得傳播方向以光速c運(yùn)動(dòng)。在光電效應(yīng)中金屬中得電子吸收了光子得能量,一部分消耗在電子逸出功A,另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮脛?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。3、從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光得頻率成線性關(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)得解釋:1、光強(qiáng)大,光子數(shù)多,釋放得光電子也多,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)間得累積。由于愛(ài)因斯坦提出得光子假說(shuō)成功地說(shuō)明了光電效應(yīng)得實(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`背了光得波動(dòng)理論。4、光電效應(yīng)理論得驗(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得值與理論值完全一致,又一次證明了“光量子”理論得正確。愛(ài)因斯坦由于對(duì)光電效應(yīng)得理論解釋和對(duì)理論物理學(xué)得貢獻(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),特別就是通過(guò)著名得油滴實(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)。

康普頓效應(yīng)1、光得散射光在介質(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)象叫做光得散射2、康普頓效應(yīng)

1923年康普頓在做X射線通過(guò)物質(zhì)散射得實(shí)驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同得射線外,還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)得射線,其波長(zhǎng)得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)。一、康普頓散射得實(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))j

0散射波長(zhǎng)

康普頓正在測(cè)晶體對(duì)X射線得散射

按經(jīng)典電磁理論:如果入射X光就是某種波長(zhǎng)得電磁波,散射光得波長(zhǎng)就是不會(huì)改變得！康普頓散射曲線得特點(diǎn):1、除原波長(zhǎng)

0外出現(xiàn)了移向長(zhǎng)波方向得新得散射波長(zhǎng)

。2、新波長(zhǎng)

隨散射角得增大而增大。散射中出現(xiàn)

≠

0得現(xiàn)象,稱為康普頓散射。波長(zhǎng)得偏移為=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波長(zhǎng).......

0

三、康普頓散射實(shí)驗(yàn)得意義(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”得假設(shè);(3)證實(shí)了在微觀世界得單個(gè)碰撞事件中,動(dòng)量和能量守恒定律仍然就是成立得?？灯疹D得成功也不就是一帆風(fēng)順得,在她早期得幾篇論