光的粒子性.ppt
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人教版高中物理选修3-5课件：17-2光的粒子性 (共70张PPT)
光电子多
，因而饱和电流大，所以饱和电流与光强成 正 比．
三、康普顿效应和光子的动量 1．光的散射 光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向
发生改变 的现象．
2．康普顿效应 在光的散射中，除了与入射波长相同的成分外，还有波 长 更长 的成分．
3．康普顿效应的意义 康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量， 深入揭示了光的 粒子 性的一面． 4．光子的动量 根据爱因斯坦狭义相对论中的质能方程 E＝mc2 和光子 说 ε＝hν，每个光子的质量是 hν 光子的动量是 p＝ c 或
3．光子的能量与入射光的强度：光子的能量即每个光子的 能量，其值为E＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决 定．入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的 总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数 的乘积．
4．光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极， 回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于 一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件 下，饱和光电流与所加电压大小无关． 5．光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正 比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对 于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入 射光强度之间没有简单的正比关系．
要 点 导 学
要点一 正确理解光电效应中的五组概念
1.光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光 子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子， 其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果．
2．光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表 面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量， 可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失 一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电 子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大 初动能．光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能．
光的粒子性PPT演示文稿(1)
速率最大的是 vc 最大的初动能
一.光电效应的实验规律
(2)存在遏止电压和截止频率
阴极
光电效应伏安特性曲线
饱 和 电 流 遏 止 电 压
A
阳极
K
I
黄光（ 强） 兰光 黄光（ 弱）
O
G
V
Is
Ub Ua
U
一.光电效应的实验规律
(2)存在遏止电压和截止频率
阴极
a.存在遏止电压UC
A
阳极
K
1 2 me vc eU c 2
G
V
更精确的研究推知，光电子发 －9 射所经过的时间不超过10 秒 （这个现象一般称作“光电子 的瞬时发射”）。
光电效应在极短的时间内完成
一.光电效应的实验规律
勒纳德等人通过实验得出以下结论： ①对于任何一种金属，都有一个极限频率， 入射光的频率必须大于这个极限频率，才能 发生光电效应，低于这个频率就不能发生光 电效应； ② 当入射光的频率大于极限频率时，入射 光越强，饱和电流越大； ③光电子的最大初动能与入射光的强度无关， 只随着入射光的频率增大而增大； ④入射光照到金属上时，光电子的发射几乎 是瞬时的，一般不超过10-9秒.
以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所 以无法用经典的波动理论来解释光电效应。
三.爱因斯坦的光量子假设
1.光子： 光本身就是由一个个不可分 割的能量子组成的，频率为ν 爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到 的光的能量子为hν。这些能 了启发，他提出： 量子后来被称为光子。
E h
爱因斯坦的光子说
三.爱因斯坦的光量子ຫໍສະໝຸດ 设1.光子： 2.爱因斯坦的光电效应方程
一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能 量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸 出后电子的初动能Ek，即：
人教版高中物理选修3-5课件 17 光的粒子性课件
人民教育出版社 高二 |选修3-5
人民教育出版社 高二 |选修3-5
三.光电效应解释中的疑难
看课本思考两个问题： 1.什么是逸出功？ 2.经典电磁理论在哪些方便与实验结论矛盾 ？
使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做
这种金属的逸出功。
三.光电效应解释中的疑难
人民教育出版社 高二 |选修3-5
以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所 以无法用经典的波动理论来解释光电效应。
遏I
止 电 压
U
I
黄光（ 强） 蓝光
黄光（ 弱）
人民教育出版社 高二 |选修3-5
二.光电效应的实验规律
实验表明： 当入射光的频率减小到某一数值γc时，没 有光电子发出。
实验结论3：存在截止频率，当入射光的 频率低于截止频率时不能发生光电效应 。
二.光电效应的实验规律
实验表明： 产生光电流的时间不超过10－9s。 即光电效应发生几乎是瞬时的 实验结论4：光电效应具有瞬时性
实验表明：
U1
对于一定颜色（频率） 的光，无论光的强弱如 何，遏止电压都是一样 的。且光的频率v改变 时，遏止电压也会改变 。
遏I
止 电 压
I
黄光（ 强） 蓝光
黄光（ 弱）
U1 U2
二.光电效应的实验规律
人民教育出版社 高二 |选修3-5
实验结论2：
存在遏制电压 ，且跟 光的频率有关 ，与光 强无关 ，进而说明逸 出光电子的最大初动 能与光频率有关，与 光强无关
保持光频率不变，增大 光强，饱和电流增大
人民教育出版社 高二 |选修3-5
I
黄光（强）
Is
黄光（弱）
O
UAK
二.光电效应的实验规律
高中物理课件-17.2 光的粒子性 (共33张PPT)
4. 如图所示，当电键K断开时，用光子能量为 2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不 为零.合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压 表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零.当 电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为 零.由此可知阴极材料的逸出功为
A.1.9 eV B.0.6 eV
康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。
三.康普顿散射实验的意义
4.吴有训对研究康普顿效应的贡献
1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作.
1925—1926年，吴有训用银的X射线(0 =5.62nm) 为
入射线, 以15种轻重不同的元素为散射物质，
在同一散射角( j 1200 )测
量各种波长的散射光强度， 作了大量 X 射线散射实验。
△当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎 在照到金属时立即产生光电流。 △精确测量表明产生电流的时间不超过10－9 秒，即 光电效应几乎是瞬时的。
反馈练习：
1、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵 敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器指针张开一
个角度，如图所示，这时 ( B )
越大
子数越多，光电流越大
遏止电压只与频率有关， 遏止电压应与入射光的 不
而与强度无关。
强度有关。
符
存在截止频率γc 当入射光 频率低于截止频率，不能
如果光较弱，只要积累足 够长时间，电子获得足够
发生光电效应
能量就会形成光电子
不 符
光电效应具有瞬时性
能量的可以随时间积累
不 符
以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所 以无法用经典的波动理论来解释光电效应。
实验结论2：
I
黄光（ 强）
光的粒子性课件
③光电效应具有 瞬时性 ．光电效应几乎是瞬时的，无 论入射光怎么微弱，时间都不超过 10－9 s.
(4)逸出功 使电子 脱离 某种金属所做功的 最小值 ，叫做这种金 属的逸出功，用 W0 表示，不同金属的逸出功 不同 ．
2．思考判断 (1)任 何频率的光照射 到金属表面都可 以发生光电效 应．(×) (2) 金 属 表 面 是 否 发 生 光 电 效 应 与 入 射 光 的 强 弱 有 关．(×) (3)入射光照射到金属表面上时，光电子几乎是瞬时发射 的．(√)
光的粒子性
光电效应
1.基本知识 (1)定义 照射到金属表面的光，能使金属中的电子 从表面逸出 的现象． (2)光电子 光电效应中发射出来的 电子 ．
(3)光电效应的实验规律 ①存在着 饱和 电流．入射光强度一定，单位时间内阴极 K 发射的光电子数 一定 ．入射光越强，饱和电流 越大．表 明入射光越强，单位时间内发射的光电子数 越多 ．即入射 光越强，单位时间内发射的光电子数 越多 ． ②存在着 遏止 电压和截止频率．遏止电压的存在意味 着光电子具有一定的 初速度 ．对于一定颜色(频率)的光， 无论光的 强弱 如何，遏止电压都是 一样 的，即光电子的 能量只与入射光的 频率 有关．当入射光的频率 低于 截止 频率时，不论光多么强，光电效应都不会发生．
3．光子的能量与入射光的强度 光子的能量即每个光子的能量，其值为 E＝hν(ν 为光子 的频率)，其大小由光的频率决定．入射光的强度指单位时间 内照射到金属表面单位面积上的总能量；入射光的强度等于 单位时间内光子能量与入射光子数的乘积． 4．光电流和饱和光电流 金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流， 随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱 和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所 加电压大小无关．
高中人教版物理选修3-5课件：17.2 光的粒子性1
这表明对一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多
二 光电效应的实验规律
2 存在着遏止电压和截止频率 （1）实验表明:对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何,遏止电压是一样的. 光的频率v改变是，遏止电压也会改变 这表明光电子的能量只与入射光的频率有有关，而与入射光的强弱无关
2
光的粒子性
电子
在金属表面处的电子，受到四周正离子 的引力合力向指向金属内部，电子要出 正离子 来须克服这些引力（也是阻力）做功， 需要一定的能量（动能） 思考3 ： 在距金属表面深度不同的电子，在离开金属的过程中，要克服 阻力做的功相同吗？ 不同。 越靠近金属表面的电子，克服阻力所要做的功越少 我们把电子在离开金属的过程中，克服阻力做功的最小值叫做这种金 属的逸出功。（实际也是最表面的电子出来时所要做的功）
2 用什么实验装置来研究光电效应？ 光电管、电源、变阻器，电压表、电流表 3 你发现光电效应有哪些规律？
2
二 光电效应的实验规律 1 存在着饱和电流
光的粒子性
（1）即在入射光照强度不变的情况下，随着所加正向电压的增大，当电压增大 到某一值时，光电流不再增大，趋向于一个饱和值
这说明，在入射光照强度不变的情况下，单位时间内阴极K发射的光电子数目是 一定的 （2） 实验表明：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大
思考4：随着AK间电压的不断增大 ， 光电流会一直增大下去吗？ 不会的。当电压增大到一定的程度，所有 的电子将全部被拉过去，此时K板每秒发 出多少电子，A板每秒就接收多少电子， 即单位时间内通过导线截面的电荷量是一定值，电流为一定值，这个电 流，叫做饱和电流 石英窗囗
A
K
电场 E V
A
对光电效应的研究
光电子技术课件ppt2[1]
![光电子技术课件ppt2[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/2af4091da9956bec0975f46527d3240c8447a13d.png)
22
θ1
B
半波带 a 半波带
2
21′′
1 2 1′
2′
半波带 半波带
A λ/2
两个“半波带”上发的光在P处干涉相消
形成暗纹。 • 当a sin 时3，可将缝分成三个“半波带”
2
Bθ
a
P处近似为明纹中心
A
2024/10/13
λ/2
光电子技术与应用
23
• 当 a sin 2 时,可将缝分成四个“半波
I I1 I2 2 I1I2 cos ,
若 I1 = I2 = I0 ,
则
I
4I0
cos 2
2
( d sin 2 )
I
4I0
光强曲线
2024/10/13
-4 -2 0 2 4
-2 -1 0 1 2 k
x -2 x -1 0
x1
x2
x
-2 /d - /d 0 /d 2 /d sin
光电子技术与应用
E0 sin 2
2
E0 △Φ
令 a sin
2
有
Ep
E0
sin
又
I
E
2 p
，I0 E02
P点的光强
I
I0
sin
2
2024/10/13
光电子技术与应用
27
由 得
I
I0
sin
2
可
(1) 主极大（中央明纹中心）位置：
0处， 0 sin 1 (2) 极小（暗纹）位置：
f
a
a
——衍射反比定律
2024/10/13
光电子技术与应用
sin I
第二节光的粒子性(2课时)
康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中， 康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一 直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射” 直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射”；在 计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。 计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。
光子理论对康普顿效应的解释
Байду номын сангаас
康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果 光子不仅有能量还有动量
光子的能量和动量
hν ∴ m = 2 c hν hν h = ∴ P = mc = 2 • c = c c λ
Q E = mc
2
E = hν
光子的能量和动量
E = hν
P = h
动量能量是描述粒子的, 动量能量是描述粒子的, 频率和波长则是用来描述波的
康普顿效应
经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难
1.根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中 1.根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时， 根据经典电磁波理论 带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率， 带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以 它所发射的散射光频率应等于入射光频率。 它所发射的散射光频率应等于入射光频率。 2. 无法解释波长改变和散射角的关系。 无法解释波长改变和散射角的关系。
康普顿效应
1.光的散射: 1.光的散射: 光的散射
光在介质中与物质微粒相互作用, 光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播 方向发生改变,这种现象叫做光的散射 方向发生改变,这种现象叫做光的散射
2.康普顿效应 2.康普顿效应
1923年康普顿在做 射线通过物质散射的实验时， 1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发 现散射线中除有与入射线波长相同的射线外， 现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入 射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关， 射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关， 有关 而与入射线波长和散射物质都无关。 而与入射线波长和散射物质都无关。
光子理论对康普顿效应的解释
Байду номын сангаас
康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果 光子不仅有能量还有动量
光子的能量和动量
hν ∴ m = 2 c hν hν h = ∴ P = mc = 2 • c = c c λ
Q E = mc
2
E = hν
光子的能量和动量
E = hν
P = h
动量能量是描述粒子的, 动量能量是描述粒子的, 频率和波长则是用来描述波的
康普顿效应
经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难
1.根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中 1.根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时， 根据经典电磁波理论 带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率， 带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以 它所发射的散射光频率应等于入射光频率。 它所发射的散射光频率应等于入射光频率。 2. 无法解释波长改变和散射角的关系。 无法解释波长改变和散射角的关系。
康普顿效应
1.光的散射: 1.光的散射: 光的散射
光在介质中与物质微粒相互作用, 光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播 方向发生改变,这种现象叫做光的散射 方向发生改变,这种现象叫做光的散射
2.康普顿效应 2.康普顿效应
1923年康普顿在做 射线通过物质散射的实验时， 1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发 现散射线中除有与入射线波长相同的射线外， 现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入 射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关， 射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关， 有关 而与入射线波长和散射物质都无关。 而与入射线波长和散射物质都无关。
第二节__光的粒子性
2、遏止电压-入射光频率：Uc-ν图像
Uc
W0 h Uc e e
c
ν -W0/e
思考1：截距和斜率的物理意义分别是什么？ 思考2：如果将两种不同金属的Uc-ν曲线画在 同一张图像中，会是怎样的？
例1、一束黄光照射某金属表面时，不能产生 光电效应，则下列措施中可能使该金属产生 光电效应的是( ) A、延长光照时间 B、增大光束的强度 C、换用红光照射 D、换用紫光照射
增透膜
光的干涉和衍射现象表明光确实是一种波
钢针的衍射
圆孔衍射
圆屏衍射
光到底是什么？……………
惠更斯 波动说 1690 1672
托马斯· 杨 双缝干涉 实验
菲涅耳 衍射实验
赫兹 电磁波实验
麦克斯韦 电磁说 1864 1888 ………. 1905
波 动 性
1801 1814
T/年
粒 子 性
牛顿 微粒说
（1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设； （2）首次在实验上证实了“光子具有动量” 的假设；
（3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中， 动量和能量守恒定律仍然是成立的。
康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的 几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于 “混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只 考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。
0
0.700 0.750
=45O =90
散射中出现 ≠0 的现象，称 为康普顿散射。 康普顿散射曲线的特点：
1.除原波长0外出现了移向 长波方向的新的散射波长 。 2.新波长 随散射角的增大 而增大。 波长的偏移为
O
=135O
波长 λ（A）
o
0
高中物理第十七章波粒二象性17.2光的粒子性课件新人教版选修350829381
光的大,故选项 C 正确,选项 D 错误。
答案：C
第十九页，共20页。
类型
(lèixíng)一
类型
(lèixíng)
二
题后反思由爱因斯坦光电效应(ɡuānɡ diàn xiào yìng)方程可知:光电子的
最大初动能由入射光的频率和金属材料的逸出功决定;入射光越强,饱和
光电流越大。
第二十页，共20页。
2
光的粒子(lìzǐ)性
第一页，共20页。
1.了解光电效应(ɡuānɡ diàn xiào yìng)及其实验规律。
2.知道爱因斯坦光电效应(ɡuānɡ diàn xiào yìng)方程及其意义。
3.了解康普顿效应及其意义。
第二页，共20页。
一
二
三
四
一、光电效应的实验规律
1.光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出,这种现象
值;斜率为普朗克常量。
第十四页，共20页。
类型(lèixíng)
一
类型
(lèixíng)二
对光电效应规律(guīlǜ)的理解
【例题1】 入射光照射到某金属表面上发生光电效应,若入射光的强度减
弱,而频率保持不变,那么(
)
A.从光照射金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B.逸出的光电子的最大初动能将减小
一
类型
(lèixíng)二
爱因斯坦光电效应方程(fāngchéng)的应用
【例题2】
研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真
空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形
成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象正确的是
答案：C
第十九页，共20页。
类型
(lèixíng)一
类型
(lèixíng)
二
题后反思由爱因斯坦光电效应(ɡuānɡ diàn xiào yìng)方程可知:光电子的
最大初动能由入射光的频率和金属材料的逸出功决定;入射光越强,饱和
光电流越大。
第二十页，共20页。
2
光的粒子(lìzǐ)性
第一页，共20页。
1.了解光电效应(ɡuānɡ diàn xiào yìng)及其实验规律。
2.知道爱因斯坦光电效应(ɡuānɡ diàn xiào yìng)方程及其意义。
3.了解康普顿效应及其意义。
第二页，共20页。
一
二
三
四
一、光电效应的实验规律
1.光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出,这种现象
值;斜率为普朗克常量。
第十四页，共20页。
类型(lèixíng)
一
类型
(lèixíng)二
对光电效应规律(guīlǜ)的理解
【例题1】 入射光照射到某金属表面上发生光电效应,若入射光的强度减
弱,而频率保持不变,那么(
)
A.从光照射金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B.逸出的光电子的最大初动能将减小
一
类型
(lèixíng)二
爱因斯坦光电效应方程(fāngchéng)的应用
【例题2】
研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真
空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形
成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象正确的是
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光阑 散射波长
j
0
探 测
器
石墨体
(散射物质)
X 射线谱仪
按经典电磁理论：如果入射X光是某种波长 的电磁波，散射光的波长是不会改变的！
.... .. .............................................................................
5. 为什么在光电效应中只考虑 “光子─电子系统”的 能量守恒，不考虑动量守恒？
在光电效应中，入射的是可见光和紫外线， 与X射线相比，光子能量较低，电子与 整个原子的联系不能忽略，
在光电效应中，原子也要参与动量交换， ∴ “光子─电子系统”动量不守恒。
康普顿散射实验的意义
（1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设； （2）首次在实验上证实了“光子具有动量”的设；
密立根
密立根的本意是去否定结果、 却验证了光子理论！这对爱因 斯坦光子假设是极大的支持。
他还通过著名的油滴实验研究 基本电荷，证明电荷有最小单位。
爱因斯坦----1921年获诺贝尔物理奖 密立根---- 1923年诺贝尔物理学奖
3 康普顿效应
康普顿散射是光显示出其粒子性的又一著名实验
X 射线管
晶体
（ 最大为 0．0482Å；是可见光波长的～10-5）
4.为什么康普顿效应中的自由电子不能像光电 效应 那样吸收光子而是散射光子？
若静止的自由电子吸收光子，
h0 m0c2 mc2
ˆ 0
m m0 / 1 v2 / c2
v
v2
1 c
1 c2
v c 不可能！
∴自由电子不可能吸收光子，只能散射光子。
Uc Cs Na Ca
0
I GD
KA
（2）截止电压Uc与光强 I 无关
Uc
1 2
mvm2
（3）存在红限频率
i
V
R
A
当光电子的最大初动能 为零时，存在红限频率
0
A h
1 2
mvm2
h
A
（4）光电转换时间极短 <10-9s
密立根整整化了10年时间，克服 了重重困难，利用巧妙而复杂的 装置，于1915年完成了光电效应 的高精度实验。
发展了普朗克开创的量子论： 光的发射、传播、吸收都是 量子化的，一束光就是以速 率 c 运动的一束光子流。
光子能量 h（不是nh ）
光子理论对光电效应的解释
爱因斯坦光电效应方程：
1 2
mvm2
h
A
A是逸出功
1 2
mvm2
是光电子的最大初动能
i im2 im1 Uc 0
I2 I1
I2 I1 U
（3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中， 动量和能量守恒定律仍然是成立的。
1925—1926年，吴有训用银的
X射线(0 =5.62nm) 为入射线,
以15种轻重不同的元素为散射 物质，在同一散射角测量各种 波长的散射光强度，作了大量
X 射线散射实验，对证实康普 顿效应作出了重要贡献。
吴有训 （1897-1977）
光子把部分能量传给了电子，光子能量 减小,频率变小,因而波长就变长。
定量计算 按能量与动量守恒定律应有
h
h0 e j
m0
自由电子(静止)
mv
h0 m0c2 h mc2
h
0
nˆ0
h
nˆ
mv
解出的波长偏移
0
h m0c
(1
cosj
)
0.02431cosj Å
和实验结果符合得相当好！
j =0O 但是，散射中出现了 ≠0 的
现象，称为康普顿散射。
j =45O j =90O
康普顿散射的特点：
1.除原波长0外，出现了移向 长波方向的新的散射波长 。
2.新波长 随散射角 j 的
增大而增大。波长的偏移为
0 j =135O
0 c (1cos j)
实验测得 c = 0.0241Å c 称为电子的Compton波长
在频率 一定时，im I
（2）截止电压Uc 与光强 I 无关
i im 2 im1 Uc 0
I2 I1
I2 I1 U
Uc Cs Na Ca
（3）存在红限频率
0
（4）光电转换时间极短 <10-9s(即使光非常非常弱)。
波动理论存在困难，不能解释以上（2）（3）（4）
2 爱因斯坦的光子理论(1905年)
讨论
1. 为什么 与散射物的种类无关？
散射物中的电子都看成自由电子了。
2. 为什么在散射线中还观察到有与原波长的射线？ 光子与石墨中和原子核束缚很紧的内层电子 的碰撞，应看做是光子和整个原子的碰撞。
∵ m原子 m光子
∴ 弹性碰撞中，入射光子几乎不损失能量， 即 散射光子波长不变。
3. 为什么用可见光做散射实验，观察不到 波长的偏移现象？
4 光的波粒二象性
光子的能量： = h
h 光子的质量： m c2 , m0 0
光子的动量： p mc h h c
描写光的粒子性的 、p，与 描写光的波动性的 、 通过
= h ； p h 相联系
波长大或障碍物小→波动性突出 波长小或障碍物大→粒子性突出
光有二象性
λ 0.700
0.750
o
波长 （A）
对康普顿散射的定性分析
X射线光子与“静止”的“自由电子”发生碰撞。
X光的光子能量很大，波长1Å的X射线 , ~ 104 eV
石墨中的外层电子在原子中结合较弱，束缚能~eV, 在室温下的热运动能量 kT~10-2eV，所以可认为
这些电子是静止的自由电子。
X射线的光子与静止的自由电子之间是弹性碰撞， 并假设在碰撞过程中能量守恒,动量守恒。
2 光的粒子性
1 光电效应
金属及其化合物在电磁波照射下发射电子的 现象称为光电效应，所发射的电子称为光电子。
实验装置：
I GD
KA
i
V
R
GD为光电管， 光通过石英窗口照射 阴极K，光电子从阴极 表面逸出。
光电子在电场加速下向 A 阳极A 运动，形成光电流。
实验规律如下：
实验规律：
（1）光强 I 对饱和光电流 im的影响：