大学物理教程11.2 光电效应 康普顿散射
光电效应与康普顿散射
光电效应与康普顿散射
光电效应（Photoelectric Effect）和康普顿散射（Compton Scattering）都是与光子相互作用的现象，具有重要的物理意义。
光电效应是指当光子与物质相互作用时，光子能量被传递给物质的
电子，使其从原子或分子中被轰出。
此时，光子被完全吸收，被轰出
的电子被称为光电子。
光电效应的关键观察结果是，只有当光子的能
量高于一定阈值（即所谓的逸出功）时，光电子才能被产生。
此外，
光电子的动能与光子的能量有关，而与光子的强度无关。
这一现象的
解释成为爱因斯坦的光量子说，奠定了光的粒子性（光子）的基础。
康普顿散射是指当X射线或光子与物质中的电子相互作用时，光子
与电子发生散射，并改变其能量和方向的过程。
在康普顿散射中，光
子与电子之间发生弹性碰撞，部分动能和动量被传递给电子，在散射
过程中，光子的波长发生增加，能量减小。
康普顿散射的关键观察结
果是，散射光子的能量和角度的变化与入射光子的能量有关，而与物
质的性质无关。
这一现象的解释成为康普顿效应的基础，同时也为量
子力学的发展提供了重要的实验证据。
总结起来，光电效应和康普顿散射都是光子与物质相互作用的现象，但是光电效应主要涉及光子与物质中的电子之间的相互作用，而康普
顿散射涉及光子与自由或束缚电子之间的相互作用。
两个现象都为我
们理解光的粒子性和量子力学的基本原理提供了重要的实验依据。
光电效应与康普顿散射的区别
2.康普顿效应的实验事实与公式推导
• 2.1实验事实 • 当频率的光场入射时，其振动的电场分量将迫使电子在电场
振荡方向发生振荡，电子的受迫振荡将辐射出频率的辐射， 其中。经典理论预言，散射电磁波的频率与电子入射频率的 作用时间，以及辐射强度有关。 然而康普顿的实验结果表明，散射电磁波的频率与入射X射 线的强度及曝光时间完全相关，仅与散射角度无关。经典图 像失效！ • 用量子物理来解释：光子的粒子特性使康普顿效应的解释变 得非常直接。X射线光子的部分能量通过碰撞给予了电子， 因此，散射的光子频率降低。
间没有外加电场，有光电子具有足够的动能从阴极飞到阳极，从而形
成光电流；只有当加一个反向电压，并且足够大以至于等于-时，就
是那些具有最大初动能的光电子，也必须将其初动能全部用于克服外
电场力做功，从而在外电场的作用下刚刚到达阳极，就返回阴极，使
其在回路中不形成光电流。
2020/11/29
历史意义
康
普 顿
光电效应康普顿效应两者区别现代应用1爱因斯坦对光电效应的理论解释2光电效应的实验验证11经典理论的困难12爱因斯坦光量子假说21光电效应的实验原理22光电效应的实验规律应效电光2018101411经典理论的困难?经典物理学认为光强越大饱和电流应该越大光电子的初动能也越大
光电效应与康普顿散射的区别
康普顿效应：康普顿效应是美国物理学家康普顿在 研究x射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了 一个新的现象，即散射光中除了有原波长λ0的x光外， 还产生了波长λ>λ0的x光，其波长的增量随散射角的 不同而变化。这种现象称为康普顿效应。
康普顿效应：目前没 有大规模的工业应用， 主要运用于电子显微镜、 CT等实验设备，还有无 损探伤，在不便布设传 感器时测量物体厚度等； 亦可被应用于放射疗法， 探测物质中的电子波函 数等。
光电效应和康普顿散射
光电效应和康普顿散射光电效应和康普顿散射是两种重要的物理现象，它们在量子力学和相对论物理领域都扮演着重要角色。
本文将分别对光电效应和康普顿散射进行深入探讨，以帮助读者更好地理解这两个现象的本质和影响。
光电效应是指当光束照射到金属表面时，金属材料中的自由电子受到激发而逸出金属表面的现象。
这一现象是由爱因斯坦在1905年在其光量子假说中首次提出的。
根据光电效应的基本原理，光子的能量必须大于金属材料的功函数（即光子的能量必须大于金属中束缚电子所需的最小能量），才能引起电子的逸出。
光电效应的光子能量与逸出电子的动能之间存在正比关系，这一关系被称为光电效应方程，即E=hf-Φ，其中E为电子的动能，h为普朗克常数，f为光子的频率，Φ为金属中的功函数。
康普顿散射是指当X射线束照射到物质表面时，X射线光子与物质中的电子发生散射并改变光子的能量和动量的过程。
这一现象是由美国物理学家康普顿在1923年首次观察到的。
康普顿散射的基本原理是根据光子的波粒二象性，当X射线光子与物质中的电子碰撞后，光子会失去能量并改变方向，而散射后的光子的能量与散射角度之间存在一定关系，这一关系被称为康普顿散射公式。
康普顿散射公式为Δλ=h/mc(1-cosθ)，其中Δλ为光子波长的变化量，h为普朗克常数，m为电子的质量，c为光速，θ为散射角。
综上所述，光电效应和康普顿散射是两种重要的物理现象，它们在解释光子-物质相互作用过程中起着至关重要的作用。
通过深入了解光电效应和康普顿散射的基本原理和公式，我们可以更好地理解光子在与物质相互作用时的行为规律，为应用于医学影像学、材料科学等领域提供理论基础和实际指导。
愿本文对读者有所帮助，引起更多关于光电效应和康普顿散射的思考与探讨。
光电效应和康普顿散射研究
光电效应和康普顿散射研究光电效应和康普顿散射是两个重要的物理现象，对于人们理解光的本质和粒子的性质有着重要的意义。
本文将从实验现象的描述、理论解释以及应用领域的探索三个方面介绍这两个研究的内容。
光电效应是物质对光的相互作用过程中的一个现象。
当光照射到物质表面时，如果光的能量足够大，就可以将物质表面的电子激发出来，并形成电子流。
这个现象最早是由德国物理学家赫兹在19世纪末通过实验观察到的。
他发现，在实验中使用的紫外线光照射到金属表面时，金属表面会发射出电子。
通过实验观察，赫兹得出了一些规律，比如光电流与光强度成正比，与光频率有关等等。
为了解释光电效应，爱因斯坦于1905年提出了著名的光量子假设。
他认为光是由一束束粒子组成，这些粒子在光照射物质表面时会与物质的电子相互作用，将能量传递给电子，并将其激发出来。
这种粒子被称为光子，它的能量与光的频率成正比。
爱因斯坦的假设为理解光电效应解开了难题，也为之后的量子力学奠定了基础。
光电效应在实际生活中有着重要的应用。
例如，在光电池中，光的能量被转化为电能，这样无需外部电源就可以供应电力。
此外，光电效应也在成像技术中得到了广泛应用。
例如，在数码相机和手机摄像头中，光电效应使光信号转换为电信号，实现了图像的捕捉和传输。
康普顿散射是另一个重要的物理现象，它揭示了光在与物质相互作用时的一种新的性质。
康普顿散射是由美国物理学家康普顿在20世纪20年代发现的。
他利用X射线和金属晶体进行实验，发现射线在与电子相互作用后会发生散射，同时也会改变射线的频率。
这个现象无法用传统的波动理论来解释，需要引入粒子性质的新的理论。
康普顿散射的解释需要借助狭义相对论的概念，即光子具有能量和动量。
康普顿推导出了光子与电子碰撞后的散射角度和频率变化的关系，这个推导成为了狭义相对论中的重要实例。
康普顿的实验和理论奠定了物质与辐射相互作用的基础，为粒子物理学和核物理学的发展做出了重要贡献。
康普顿散射的研究不仅在基础物理学中起到了重要作用，还在实际应用中有一定的价值。
光电效应和康普顿效应
例：求波长为20 nm 紫外线光子的能量、动量及质量。
解：
能量
动量
质量
二、康普顿效应
1.光的散射
光束通过光学性质不均匀的介质时，从侧面可以看到光的现象称为光的散射。
光在各个方向上散射光强的分布与光的波长有关，光的偏振状态也不同。
2.康普顿效应
在 X 射线通过物质散射时，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大的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长0和散射物质都无关。
可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105~108 倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。
2.光电倍增管
由相对论光子的质能关系
光子的质量
5.光子的质量、能量和动量
由相对论质速关系
有
所以，光子的静止质量为零。
光子的能量就是动能。
由狭义相对论能量和动量的关系式
光子的能量和动量的关系式为：
光子的动量：
三、光的波粒二象性
光具有波动性，又有粒子性，即波粒二象性。
光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、偏振现象。
光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效应，康普顿效应。
光子能量和动量为
上两式左边是描写粒子性的 E、P；右边是描写波动性的 、。 h 将光的粒子性与波动性联系起来。
一、光电效应
由于半导体表面的电子吸收外界的光子， 使其导电性能增强的现象。
外光电效应
内光电效应
阳极
阴极
石英窗
光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。
光电子在电场作用下形成光电流。
将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。
2.光电效应的实验规律
光电效应和康普顿散射效应的关系
光电效应和康普顿散射效应的关系光电效应和康普顿散射效应是现代物理学中两个十分重要的概念，它们在物理学和工程学中都有着广泛的应用。
本文将探讨光电效应和康普顿散射效应之间的关系。
一、光电效应光电效应是指当一个物质中的电子通过吸收光子的能量而跃迁到更高的能级时，它能够从物质中释放出来。
光电效应的物理基础是光电子现象，即光子在相互作用中能够产生、消失或转换为相反方向的光子。
光电效应不仅具有理论位于，而且在实际应用中也有广泛的应用。
例如，光电效应被广泛用于光能转换，如太阳能电池板和光电二极管等。
二、康普顿散射康普顿散射是指当一束X射线与介质中的自由电子碰撞时，X射线的能量留在自由电子中，造成X射线散射，其散射角度与原始射线角度有关。
康普顿散射的基本物理原理是能量守恒和动量守恒。
康普顿散射同样具有非常广泛的应用，如用于测量材料的密度和厚度，以及用于医学影像诊断等。
三、光电效应与康普顿散射的关系光电效应和康普顿散射都是X射线和伽马射线与物质相互作用的两个主要过程。
虽然光电效应和康普顿散射本质上是截然不同的两个物理过程，但它们之间是密不可分的。
当一个光子与原子中的电子相互作用时，如果光子的能量足够高，那么这个光子将充满光电效应的概率，即该光子将吸收并将其所有能量转移到该电子。
而如果光子的能量比电子束缚能量低得多，光子就很可能被散射或透射而不会被吸收。
康普顿散射则是在高能量辐射与物质相互作用时产生的。
这项过程中的散射粒子是电子，并且散射中的光子产生的是康普顿效应，这种效应是利用从X射线中散射相对较小的能量，在医疗和科学中产生重要的应用。
总之，光电效应和康普顿散射都是现代物理学中非常重要的概念，在各种领域都有着广泛的应用。
光电效应和康普顿散射之间的关系可以帮助我们更好地理解这两种现象的本质和特征，也可以为我们在实践中更好地利用它们的特性提供指导。
光电效应和康普顿效应的区别和联系
光电效应和康普顿效应的区别和联系
曲成宽
( 北京印刷学院基础课部 )
光电效应和康普顿效应都是光子和电子相撞产生的现象, 作为光的粒子性的证明, 爱因斯坦和 康普顿分别作出了很好的解释。但是, 一个光子和一个电子相撞究竟产生哪种效应 , 是否两种效应 兼而有之, 却常常使初学者感到迷惑不解。本文运用经典的能量守恒理论和相对论理论分析与这 两种效应相联系的有关因素, 明确指出了两种效应产生的条件以及它们之间的区别和联系, 希望有 助于深刻理解这两种效应的机制和本质。为叙述简便 , 下面将分别用 G 效应和 K 效应表示光电效 应和康普顿效应。
m0v hc + m0c
2 4
( 11 ) 。
所得两个速率并不相等, 说明真空中的自由电子吸收光子的过程并非同时遵守两个守恒定律 , 因此 该过程是不会发生的。 同样, 也可以证明真空中运动的自由电子不能吸收光子。 只有处于束缚态的 电子 ! ! ! 束缚在原子中需电离而损失一定能量, 束缚在金属中需克服逸出功而损失一定能量 , 才 能满足能量守恒定律 h + m 0 c2 - W = m 0 c2 ( 12 ) 即具有一定束缚能(- W ) 的电子才能吸收光子而产生 G 效应。 当 v < < c 时, 式 ( 12 ) 则可过渡为 1 mv 2 + W 。 前面提到 , G 效应容易产生在钠、 钾、 铷和锶、 钡等拥有大量自 2 由电子的碱金属和碱土金属中。 以上各种金属的 W 不同 , 对电子束缚的程度也不同。 因此 , G 效应 爱因斯坦方程形式 h = 和作为靶的物质元素紧密相关。 紫外线有一定的穿透能力 , 金属深处的电子, 在离开金属表面以前 和晶格碰撞要失去一部分能量。 此外, 金属的温度、 金属内的杂质、 光子的偏振态和入射角都对 G 效 应产生影响。 爱因斯坦方程中的电子动能是等于 eV 的最大动能 , 它摒弃了上述因素的影响 , 只考 虑金属表面静止的仅受逸出电势束缚的自由电子。 爱因斯坦在解释 G 效应时 , 仅考虑到能量守恒 , 而没有考虑动量守恒。 按能量守恒方程 h = 1 2 能量守恒仅考虑光子、 电子和金属体, 而动量守恒就不能 2 m v + A 是无法得出动量守恒结果的。 h = m v 这一和能量守恒方程相悖的动量守恒方程。 前面以相 c & h 0 h 对论理论分析得到的和能量守恒方程相容的动量守恒方程 [ 式( 6) ] P e = n^ n 中 , 与 W 相关 ^ c c 0 h 0 的等效 动量 ^n 0 , 则通过电子传递给束缚它的金属晶格。 所以, 碰撞应以动量守恒的观点去加以 c 考虑, 看作是在光子与包括电子在内的金属之间进行。 这再次说明电子是被束缚的 , 并且可以定量 仅把光子和电子作为系统 , 去得到 地了解束缚程度。 K 效应是以动量和能量均守恒作为假设前提的。 康普顿认为光子和一静止的电子相撞 , 由于动 88
大学物理教程11.2 光电效应 康普顿散射
2 实验规律 2) 波长差Δ = - 0 随散 射角的增大而增大。
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
2 实验规律 3) 新波长的谱线强度 随散射角 的增加而增 加，但原波长的谱线 强度降低。
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
2
实验规律 4) 对不同的散射物质， 只要在同一个散射角 下，波长的改变量0 都相同，与散射物 质无关！
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
2)
定量计算 X 射线光子与“静止”的“自由电子”弹性 碰撞
0
h
h h n0 n mv
h c
h
0
n
n0
c
0
m 0c
2
h mc
2
mv
m
m0 1 v /c
2 2
0
h m 0c
h 1 2 mv A
2
光电效应方程
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
利用爱因斯坦光电方程可以解释： • 电子离开金属表面的动能至少为零，故当 < A/h 时，不发生光电效应。可发生光电效应的最小频率 即红限频率
0
A h
不同金属的A不同，则红限频率不同。
h
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
1 康普顿散射的实验装置
探测器 0 入射光 X 射线 散射光
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
2
实验规律
1) 散射光除原波长0外，还出
光电效应与康普顿散射
光电效应与康普顿散射光电效应和康普顿散射是量子物理学中的两个重要现象，对于理解光的特性和粒子的行为具有重要意义。
本文将分别介绍光电效应和康普顿散射的原理和应用，并探讨它们在现代科技中的应用。
一、光电效应光电效应是指当光照射在某些物质表面时，如果光的能量足够高，光子与物质内的电子相互作用，电子可能会被光子激发出来，从而产生电流。
这一现象的发现为量子论的形成做出了重要贡献，同时也为后来量子力学的发展提供了理论依据。
光电效应的原理可以用经典物理学和量子物理学两个模型解释。
在经典物理学中，光被看作是电磁波，当光的频率高到一定程度时，光子的能量足够大，可以克服物质对电子的束缚力，从而使电子逸出。
而在量子物理学中，光子被看作是粒子，其能量与频率成正比，光子的能量可以被吸收并转化为电子的动能，当能量足够高时，电子可以脱离原子表面。
光电效应在现代科技中有着广泛的应用。
例如，光电效应在太阳能电池中的应用就是将光的能量转化为电能的一种方式。
通过合适的材料选择和结构设计，太阳能电池可以将光子的能量转化为电子的动能，实现光能向电能的转换。
二、康普顿散射康普顿散射是指当高能X射线或伽马射线照射在物质上时，光子与物质内的电子发生碰撞，导致光子改变能量和方向的过程。
康普顿散射的发现证实了光的粒子性，并为粒子与波动性质之间的相互转化提供了实验证据。
康普顿散射的原理是，当高能光子与物质内的电子碰撞时，一部分光子的能量和方向发生改变。
根据能量守恒和动量守恒定律，我们可以推导出康普顿散射的数学表达式。
根据这个表达式，我们可以准确计算出光子散射后的能量和方向，从而得到散射角度与入射光波长的关系。
康普顿散射在医学影像学中有着重要应用。
通过探测散射光子的能量和方向变化，我们可以获得组织和器官的结构信息。
这种技术被广泛应用于X射线成像和伽马射线断层扫描等医学影像技术中，为医生提供了诊断和治疗上的重要依据。
三、光电效应与康普顿散射的联系与差异尽管光电效应和康普顿散射都涉及光子与物质内电子的相互作用，但两者的原理和过程有一些显著差别。
什么是光的光电效应和康普顿散射
什么是光的光电效应和康普顿散射？
光的光电效应和康普顿散射是现代物理学中两个重要的现象，用于解释光与物质之间的相互作用和能量转移。
下面我将详细解释光的光电效应和康普顿散射，并介绍它们的原理和应用。
1. 光的光电效应：
光的光电效应是指当光照射到金属或半导体表面时，会引起电子从材料中被解离出来的现象。
在光电效应中，光子的能量被转移给电子，使得电子获得足够的能量以克服束缚力，从而跃迁到自由态。
光的光电效应具有以下特征：
-光的光电效应与光子的能量有关，只有当光子的能量大于或等于材料的逸出功（即电离能）时，光电子才会被解离出来。
-光电效应与光的频率呈线性关系，即光的频率越高，光电子的能量越大。
-光电效应中解离出来的电子具有动能，可以通过测量电子的动能来确定光子的能量。
-光的光电效应在光电子学、光伏技术和光电传感器等领域有广泛的应用。
2. 康普顿散射：
康普顿散射是指当光子与物质中的自由电子发生碰撞时，光子的能量和动量发生改变的现象。
在康普顿散射中，光子与电子发生弹性碰撞，光子的能量减小，而电子获得能量和动量。
康普顿散射具有以下特征：
-康普顿散射与光子的能量和散射角度有关，散射角度越大，光子的能量损失越大。
-康普顿散射中散射出来的光子具有新的能量和方向，可以通过测量散射光子的能量和散射角度来确定入射光子的能量和动量。
-康普顿散射在核物理、医学影像学和材料科学等领域有广泛的应用。
光的光电效应和康普顿散射是光与物质相互作用的重要现象，它们帮助我们理解光的粒子性和波动性，以及能量和动量的转移过程。
深入了解光的光电效应和康普顿散射可以为光学应用和物质研究提供基础和指导。
光电效应与康普顿效应
光电效应与康普顿效应我们已明确指出光的本质是电磁波，它具有波动的性质．但近代物理又证明，光除了具有波动性之外还具有另一方面的性质，即粒子性．至于光具有粒子性，最好的例证就是著名的“光电效应”和“康普顿效应”．由于光电效应与康普顿效应研究的都是光子与电子之间的相互作用，这就使有些人自然产生一个疑问：既然研究的对象相同，那么，为什么有时讨论光电效应，有时又讨论康普顿效应呢？到底两种效应有什么区别？有什么联系呢？下面我们就从光电效应的物理本质及规律，康普顿效应的物理本质及规律，光电效应与康普顿效应的关系这三个方面来回答这些问题．1、光电效应的物理本质及规律在麦克斯韦预言了电磁波的存在以后，为了证实电磁波的存在，德国物理学家赫兹于1887年首先发现用紫外光照射放电火花隙的负电极时，会使放电更易产生．尔后，其他物理学家都继续对此进行了研究，发现用紫外光以及波长更短的X光照射一些金属，同样观察到金属表面有电子逸出的现象．于是，物理学家就把在光（包括不可见光）的照射下金属表面逸出电子的现象称为光电效应．所逸出的电子叫光电子，这一名字仅为了表示它是由于光的照射而从金属表面飞出的这一事实．事实上它与通常的电子毫无区别．光电子的定向运动所形成的电流叫做光电流．光电效应的规律可归纳为以下几点：（1）饱和光电流与入射光的强度成正比，即单位时间内受光照射的电极（金属）上释放出来的电子数目与入射光的强度成正比．（2）光电子的最大初动能（或遏止电压）随入射光的频率线性地增加而与入射光的强度无关．（3）当光照射某一金属时，无论光的强度如何，照射时间多长，若入射光的频率小于某一极限频率，则都没有光电子逸出，即不发生光电效应．（4）只要光的频率超过某一极限频率，受光照射的金属表面立即就会选出光电子，其时间间隔不超过秒，几乎是瞬时的，与入射光的强度无关．在解释上述光电效应的规律时，经典的波动理论遇到了不可克服的困难．为此，伟大的物理学大师——爱因斯坦于1905年提出了一个非凡的光量子假设．他认为光也具有粒子性，这些光粒子称为光量子，简称光子．每个光子的能量是，h是普朗克常数，是光的频率．按照光子假设，当光射到金属表面时，金属中的电子把光子的能量全部吸收，电子把这部分能量作两种用途，一部分用来挣脱金属对它的束缚，即用作逸出功W，余下一部分转换成电子离开金属表面后的初动能．按能量守恒与转换定律，应有：这就是有名的爱因斯坦光电效应方程．利用爱因斯坦光电效应方程能圆满地解释光电效应诸规律．首先，根据光子假设，入射光的强度（即单位时间内通过单位垂直面积的光能）决定于单位时间里通过单位垂直面积的光子数．当入射光的强度增加时，单位时间里通过金属表面的光子数也就增多，于是，光子与金属中的电子碰撞次数也增多，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也增多，这些逸出的光电子全部到达阳极便形成所谓的饱和电流．所以，饱和电流与入射光强度成正比．其次，由爱因斯坦光电效应方程可知，对于一定的金属而言，因逸出功W一定，故光电子的最大初动能随入射光频率成线性关系而与光强度无关．第三，由爱因斯坦光电效应方程可见，如果入射光的频率过低，以至于，那么，金属表面就根本不会有光电子逸出，尽管是入射光强度很大．显然，只有当入射光的频率时，才会有光电流出现．事实上，这里的就是光电效应规律中所说的极限频率，又名“红限”，各种金属的红限各不相同．第四，当光子与金属中的电子相互作用时，电子能够一次性全部吸收掉光子的能量，因而光电效应的产生无需积累能量的时间，几乎是一触即发．2、康普顿效应的物理本质及规律一般的光散射知识告诉我们，只有当光通过光学性质不均匀的媒质时，光散射现象才会发生．但是实验发现，当波长很短的光（电磁波），如X射线、射线等通过不含杂质的均匀媒质时，也会产生散射现象，且一反常态，在散射光中除有与原波长相同的射线外，还有比原波长大的射线（）出现．这现象首先由美国物理学家康普顿于1922～1923年间发现，并作出理论解释，故称康普顿效应，亦称康普顿散射．康普顿效应的规律可归纳成如下几点：（1）康普顿效应中波长的改变与原入射光波长和散射物质无关，而与散射方向有关．当散射角（散射线与入射线之间的夹角）增大时，也随之增大．（2）康普顿效应随散射物质原子量的增大而减弱．经典波动理论同样解释不了上述康普顿效应的规律．为此，康普顿接受了爱因斯坦的光子假设，认为康普顿效应是由于光子与散射物质中的电子作弹性碰撞的结果．在轻原子中，原子核对电子的束缚较弱，电子的电离能只有几个电子伏特，远小于X光光子的能量（电子伏特），故在两者碰撞过程中，可把电子看作是静止且自由的．具体分析如下：设电子的静止质量为，碰撞前，电子的能量为，动量为零；X光光子的能量为，动量为，碰撞后，电子获得速度为v，能量为，动量为mv，X光光子的能量变为，动量变为，散射角为，如图所示．碰撞过程因能量、动量都守恒，故有：（1）（2）根据相对论，式中电子静止质量与运动质量m的关系为：（3）将（1）式移项平方得：（2）式乘得：以上两式相减得：将（3）式两边平方后代入上式，得：或：由于，代入上式得：（4）式中：（米）是一个常数，叫康普顿波长，若以表示之，则（4）式可写成：（4′）（4′）式常称为康普顿公式．从公式的推导过程可见，在康普顿效应中，发生波长改变的原因是：当X光的光子与“自由电子”碰撞后，光子将沿某一方向（角）散射．同时，碰撞过程中把一部分能量传递给“自由电子”，这样，散射光子的能量就小于入射光子的能量．因为光子能量与频率成正比，所以散射光的波长就大于入射光的波长．另外，原子中内层的电子一般都被原子核束缚得很紧密，特别是重原子中．光子与这些束缚电子碰撞，实际上是与整个原子碰撞，由于原子的质量比电子大得多，根据康普顿公式计算的波长改变量小得几乎测不出．原子序数愈大，内层电子愈多，与原子核结合而成的原子也愈重，波长不改变的成分也愈多，即康普顿效应愈弱．3、光电效应与康普顿效应的关系光电效应与康普顿效应在物理本质上是相同的，它们研究的对象不是整个入射光束与散射物质，而是光束中的个别光子与散射物质中的个别电子之间的相互作用．与两种效应相对应的爱因斯坦方程和康普顿公式都建立在光子假设基础上．光电效应主要是产生光电子，而康普顿效应主要是产生波长改变的散射光，但也向电子传递动量．研究光电效应和康普顿效应时都用到了能量守恒定律．光电效应与康普顿效应的主要差别首先表现在入射光波的波长不同．原则上，任何波长的光和电子碰撞后都能发生康普顿效应．但是，对于可见光和红外光，效应中波长的相对改变太小不易观察．如波长为4000埃的紫光，在散射角时，其波长的改变埃，则．然而，对波长埃的X光，则，波长更短的光，相对改变将达百分之百！所以，就一般而言，产生光电效应的光主要是可见光和紫外光，而产生康普顿效应的光主要是波长很短的X射线和射线等．其次，在康普顿效应中，与入射光子相互作用的个别电子是作为“自由电子”身分出现的，考虑的是光子与自由电子的弹性碰撞，在此过程中，不仅能量守恒而且动量也守恒．实际上，只有在电子和原子核（实为原子实）之间的束缚能量远小于光子能量时才正确．而在光电效应中，与入射光子相互作用的个别电子并没有看作“自由电子”，而是以一种束缚态出现的．按理，我们必须同时考虑光子、电子和原子实三者的能量和动量变化．但是，由于原子实的质量比电子的质量大几千倍以上，因此，原子实的能量变化很小，可以略去不计．爱因斯坦方程只表示出光子和电子之间的能量守恒而没有相应的光子和电子的动量守恒关系式就是由于这个缘故．由此可得结论：当光子从光子源发出，射入散射物质（一般指金属）时，主要是与电子发生作用．如果光子的能量相当低（与电子束缚能同数量级），则主要产生光电效应，原子吸收光子而产生电离．如果光子的能量相当大（远超过电子的束缚能）时，则我们可以认为光子对自由电子发生散射，而产生康普顿效应．更为有趣的是，当光子的能量大于一个兆电子伏特时，还能出现电子对效应（物质吸收光子后发射一对正、负电子的现象）．。
光的粒子性光电效应与康普顿散射的介绍
光的粒子性光电效应与康普顿散射的介绍光电效应和康普顿散射是光的粒子性质的重要表现，它们在物理学中具有重要的地位。
光电效应主要描述了光的能量转化为电子能量的现象，而康普顿散射则涉及到光子与物质相互作用时的散射现象。
本文将详细介绍这两个现象的基本原理和主要特点。
一、光电效应光电效应是指当光照射到金属等物质的表面时，会发生电子的发射现象。
这个现象最早由爱因斯坦在1905年的理论解释中提出，为光的粒子性质提供了重要的证据。
光电效应实验证明，光的能量是以光量子（光子）的形式被吸收和辐射的。
光电效应的基本原理可以通过以下几个方面来介绍：1. 光子能量转移：光子是光的最小单位，其能量由光的频率决定，即E = hv，其中E为光子能量，h为普朗克常量，v为光的频率。
2. 激发电子：当光子能量大于物质中金属电子的束缚能时，光子可以激发金属电子跃迁到较高的能级。
电子吸收光子能量后，能够克服束缚力逃离金属表面。
3. 光电子发射：当被激发的电子逃离金属表面时，会形成光电子，并携带着与光子能量相等的动能。
光电效应在科学研究和工程应用中具有重要作用。
例如在太阳能电池中，利用光电效应将光能转化为电能；在光电倍增管和光电二极管中，光电效应可用于探测和放大光信号。
光电效应的研究使得科学家对光子的本质有了更深入的认识。
二、康普顿散射康普顿散射是指光子与物质发生散射时，光子的能量和方向发生变化的现象。
这个现象是由美国物理学家康普顿在1923年发现的，从而证实了光的粒子性。
康普顿散射的原理如下：1. 入射光子：当入射的光子与物质相互作用时，会发生光子-电子散射。
2. 能量转移：在散射过程中，光子的一部分能量转移到散射电子上，使得光子的波长增加。
3. 动量守恒：根据动量守恒定律，光子和电子的总动量在散射前后保持不变。
康普顿散射的重要特点在于，光子与物质散射时，波长的变化与散射角度有关，而与物质的性质无关。
通过测量散射光子能量的变化和散射角度的变化，可以得到光子的波长和能量。
康普顿效应
康普顿效应compton effect概述1923年，美国物理学家康普顿在研究x射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象，即散射光中除了有原波长l0的x光外，还产生了波长l>l0 的x光，其波长的增量随散射角的不同而变化。
这种现象称为康普顿效应(compton effect)。
用经典电磁理论来解释康普顿效应遇到了困难。
康普顿借助于爱因斯坦的光子理论，从光子与电子碰撞的角度对此实验现象进行了圆满地解释.我国物理学家吴有训也曾对康普顿散射实验作出了杰出的贡献。
对康普顿散射现象的研究经历了一、二十年才得出正确结果。
康普顿效应第一次从实验上证实了爱因斯坦提出的关于光子具有动量的假设。
这在物理学发展史上占有重要的位置。
光子在介质中和物质微粒相互作用时，可能使得光向任何方向传播，这种现象叫光的散射．1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略大，他认为这是光子和电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，康普顿假设光子和电子、质子这样的实物粒子一样，不仅具有能量，也具有动量，碰撞过程中能量守恒，动量也守恒．按照这个思想列出方程后求出了散射前后的波长差，结果跟实验数据完全符合，这样就证实了他的假设。
这种现象叫康普顿效应。
发现1922～1923年康普顿研究了X射线被较轻物质(石墨、石蜡等)散射后光的成分，发现散射谱线中除了有波长与原波长相同的成分外，还有波长较长的成分。
这种散射现象称为康普顿散射或康普顿效应。
康普顿将0.71埃的X光投射到石墨上，然后在不同的角度测量被石墨分子散射的X光强度。
当θ=0时，只有等于入射频率的单一频率光。
当θ≠0（如45°、90°、135°）时，发现存在两种频率的散射光。
一种频率与入射光相同，另一种则频率比入射光低。
后者随角度增加偏离增大。
实验结果：(1)散射光中除了和原波长λ0相同的谱线外还有λ＞λ0的谱线。
康普顿效应
康普顿效应科技名词定义中文名称：康普顿效应英文名称：Compton effect其他名称：康普顿散射(Compton scattering)定义：短波电磁辐射(如X射线，伽玛射线)射入物质而被散射后，除了出现与入射波同样波长的散射外，还出现波长向长波方向移动的散射现象。
所属学科：大气科学（一级学科）；大气物理学（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布康普顿效应实验原理图1923年，美国物理学家康普顿在研究x射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象，即散射光中除了有原波长l0的x光外，还产生了波长l>l0 的x光，其波长的增量随散射角的不同而变化。
这种现象称为康普顿效应(compton effect)。
用经典电磁理论来解释康普顿效应遇到了困难。
康普顿借助于爱因斯坦的光子理论，从光子与电子碰撞的角度对此实验现象进行了圆满地解释.我国物理学家吴有训也曾对康普顿散射实验作出了杰出的贡献。
目录康普顿效应 compton effect对康普顿散射现象的研究经历了一、二十年才得出正确结果。
康普顿效应第一次从实验上证实了爱因斯坦提出的关于光子具有动量的假设。
这在物理学发展史上占有重要的位置。
光子在介质中和物质微粒相互作用时，可能使得光向任何方向传播，这种现象叫光的散射．康普顿效应1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略大，他认为这是光子和电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，康普顿假设光子和电子、质子这样的实物粒子一样，不仅具有能量，也具有动量，碰撞过程中能量守恒，动量也守恒．按照这个思想列出方程后求出了散射前后的波长差，结果跟实验数据完全符合，这样就证实了他的假设。
这种现象叫康普顿效应。
编辑本段发现1922～1923年康普顿研究了X射线被较轻物质(石墨、石蜡等)散射后光的成分，发现散射谱线中除了有波长与原波长相同的成分外，还有波长较长的成分。
光电效应和康普顿散射
光电效应和康普顿散射光电效应和康普顿散射是两个重要的光学现象，对于理解光的性质和相互作用具有重要的意义。
本文将从理论原理、实验现象和应用角度介绍光电效应和康普顿散射。
一、光电效应光电效应是指当物质受到光的照射后，产生电子的现象。
这一现象在19世纪末由德国物理学家海因里希·赫兹首次观察到，并得到了爱因斯坦在1905年的解释。
光电效应的理论基础是量子力学中的光子概念。
实验中，当光照射到金属表面时，如果光的频率大于一定临界频率，就会发生光电效应，金属表面的电子被激发出来并形成电流。
根据实验结果，我们可以总结出光电效应的几个重要规律：1. 光电效应的阈值规律：只有当光的频率大于一定阈值频率时，光电效应才会发生。
这个阈值频率与物质的性质有关，不同物质具有不同的阈值频率。
2. 光电效应的光强规律：当光的频率大于阈值频率时，光电流的强度与光的强度成正比，而与光的频率无关。
3. 光电效应的动能规律：光电子的动能与入射光的频率和光电子的质量有关，与光的强度无关。
动能的大小决定了光电子的最大电子速度。
光电效应不仅在科学研究中有着重要的应用，也在技术领域得到广泛应用。
例如，光电效应在太阳能电池中起到了关键作用，光照射到太阳能电池表面产生的光电流被转化为电能；在光电管和光电倍增管中，光电效应被用于光的探测和信号放大。
二、康普顿散射康普顿散射是指光子与物质中的自由电子相互作用，光子的能量和动量发生变化的过程。
这一现象由美国物理学家亚瑟·康普顿于1923年发现，并为其解释提供了光的微粒性质的直接证据。
在康普顿散射中，当入射光子碰撞到自由电子时，光子被散射，光子的能量和动量发生变化。
根据康普顿散射的实验结果和理论分析，我们可以总结出以下几个重要规律：1. 康普顿散射的散射角规律：散射光子的散射角与入射光子的能量和散射角度有关，散射角的变化范围是从0度到180度。
2. 康普顿散射的位移规律：入射光子的波长与散射光子的波长之差称为康普顿散射位移，该位移与散射角度和入射光子的能量有关。
光电效应、康普顿效应
h
h 为普朗克常数 h=6.626176 × 10-34 J · s
(2)光量子具有“整体性”，一个光子只能整个地被电子吸 收或放出。
3 、对光电效应的解释
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。
(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。
1 2 mv m eU a 2
U a k U 0
U0 k
1 2 mv m ek eU 0 2
1 2 mv m 0 2
U0 0 称为红限频率 k
GD K A
光
G V
2 、光电效应的实验规律 （1）饱和光电流强度 I m 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。
光电效应伏安特性曲线 饱 I s2 和 电 截 I 流 s1 止 电 压
I
光 强 较 强 光 强 较 弱
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。
h 0 m0c h mc
2
2
光子在碰撞后所损失的动量便是电子所获得的动量，由动 量守恒定律 m0
0
n0
h h n 0 n mv
m
和 n 为碰撞前后光子运动方向上的单位矢量
v 1 2 c
2
0 为入射光波长， 为散射光波长
解出的波长偏移：
h 1 cos 0 m0 c
光电效应和爱因斯坦的光量子论
一、光电效应
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 康普顿散射
h eK
15
K 4 10
哈尔滨工程大学理学院
V/Hz
e 1.602 10
34
19
C
h eK 6.408 10
J s
光电效应
康普顿散射
第十一章 量子物理学基础
11.3 康普顿效应
1920年，美国物理学家康普顿在观察X射线被物质 散射时，发现散射线中含有波长发生变化了的成分. 一 实验装置
哈尔滨工程大学理学院
光电效应
康普顿散射
第十一章 量子物理学基础
例1、设有一半径为 1.0 10 3 m 的薄圆片，它距
光源1.0m . 此光源的功率为1W，发射波长为589nm
的单色光 . 假定光源向各个方向发射的能量是相同
的，试计算在单位时间内落在薄圆片上的光子数 .
解： S
π (1.0 10 m) π 10 m
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光电效应
康普顿散射
第十一章 量子物理学基础
从经典物理学到量子力学过渡时期的 三个重大问题的提出 黑体辐射问题，即所谓“紫外灾难”。 光电效应 康普顿效应。 原子的线光谱和原子结构。
哈尔滨工程大学理学院
第十一章 量子物理学基础 光电效应 康普顿散射 11.2 光电效应 爱因斯坦光量子假说
光电效应
康普顿散射
第十一章 量子物理学基础
11.2.3 爱因斯坦的光量子假说 1、爱因斯坦光量子假说：光子论
假设：一束光是一粒一粒以速度c运动的粒子流，这些 粒子称光子，但它们仍保留频率、波长的概念 光不仅在与物质相互作用时（发射和吸收）具有 粒子性，而且在传播过程中也有粒子性。
一个频率为 的光子具有能量 h ，其中 h 为普朗克常数，值为：h 6.63 1034 J s 由相对论知识可知： h
光电效应与康普顿散射的教学设计方案
X射线衍射技术在医学领域的应用包括X射线诊断（如CT扫描）和放射
治疗等，通过分析病变组织的结构变化或利用高能射线杀死癌细胞，达
到诊断和治疗的目的。
06
总结回顾与拓展延伸
总结回顾本次课程内容
光电效应的基本概念
解释光电效应现象，阐述光子、光电子、截止频率等基本概念。
康普顿散射的原理
介绍康普顿散射现象，解释散射过程中能量和动量的守恒，以及散 射角与波长的关系。
X射线衍射技术原理及应用
康普顿散射原理
X射线衍射技术基于康普顿散射原理，即X 射线与物质中的电子发生相互作用，产生散 射现象。通过分析散射光的角度和强度，可 以获取物质的结构信息。
X射线衍射技术应用
X射线衍射技术在材料科学、化学、生物学 等领域具有广泛应用，如晶体结构分析、蛋 白质结构解析、材料相变研究等，为科学研 究提供了重要的分析手段。
教学重点与难点
教学重点
光电效应和康普顿散射的原理和公式，实验设计与数据分析 。
教学难点
如何运用光电效应和康普顿散射的理论分析实际问题，如何 设计合理的实验方案并得出准确的结论。为突破难点，将采 用案例分析、小组讨论等方式，引导学生深入思考和探索。
02
光电效应基本概念与原理
光电效应现象及其实验验证
揭示了光具有粒子性，即光可以看作是由一个个能量为hν的光子组成的。光子 携带的能量可以被物质吸收并转化为电子的动能。
逸出功和截止频率概念
逸出功
使电子从金属表面逸出所需的最小能量，用W_0表示。不同金属的逸出功不同， 与金属表面的电子结构有关。
截止频率
当入射光的频率低于某一特定值时，无论光的强度多大，都无法使电子从金属表 面逸出。这个特定频率称为截止频率，用ν_c表示。截止频率与金属的逸出功有 关，满足W_0 = hν_c。
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1 康普顿散射的实验装置
探测器 0 入射光 X 射线 散射光
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
2
实验规律
1) 散射光除原波长0外，还出
现了波长大于 0 的新的散射波 长 。
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
2 实验规律 2) 波长差Δ = - 0 随散 射角的增大而增大。
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
2 实验规律 3) 新波长的谱线强度 随散射角 的增加而增 加，但原波长的谱线 强度降低。
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
2
实验规律 4) 对不同的散射物质， 只要在同一个散射角 下，波长的改变量0 都相同，与散射物 质无关！
11.2 光电效应 康普顿散射
• 遏止电压
当电压为零时光电流并不为零，甚至反向电压不太 大时仍有光电流存在，当反向电压大到一定数值Ua 时光电流完全变为零。称Ua为遏止电压。
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
遏止电压随入射光频率的增加而增加，两者成线 性关系，与入射光强无关，即 Ua = K - U0 • 光电效应瞬时发生的 当入射光无论如何弱，光 电子在光照射的瞬间可产 生，驰豫时间不超过10-9 s
来讲，
0
~ 10
5~ 6
不可能观测到康普顿效应
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
• 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
h m 0c
2
0
mc
2
h c
0
ˆ ˆ n0 m vn0
2 2
1
v c
1
v c
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
二 爱因斯坦的光量子假设 光电效应的成因：金属表面对电子具有束缚作用， 电子脱离金属表面所需要的能量，所需的最少能量 称为逸出功 (work function)，用 A表示。 电子逸出功、光电子的动能、和光子的能量满足关 系：
Ephoton 1 2 mv A
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
经典电磁理论的困难：
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—不能解释散射中的新波长成份
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
3
康普顿效应的理论解释 1) 定性解释
康普顿认为：X光的散射 应是光子与原子内层和外 层电子的碰撞的结果。 • X射线光子与原子“内层电子”的弹性碰撞 内层电子与核结合较为紧密（keV)，他认为碰撞实际上 可以看作是发生在光子与质量很大的整个原子间的碰 撞——光子基本上不失去能量——保持原性质不变（波 长不变）。
(3)铯的遏止电压为
U Ek e 0 .2 e v
红限频率为
0
A h 4 .6 1 0
14
Hz
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
三
康普顿效应
除光电效应外，光波的量子性还表现在光散射的康普顿效 应。该效应是光显示出其粒子性的又一著名实验。 1922-1923年，康普顿研究了X射 线在石墨上的散射，在散射的X 射线中不但存在与入射线波长相 同的射线，同时还存在波长大于 入射线波长的射线成份 ——康普顿效应。 1927诺贝尔物理学奖得主 康普顿 (A.H. Compton)
0 2 c s in
2
2
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
波长为
0 0 2 c s in
由动能守恒
p
h c
2
2
h c n
h 0 c
n0
h
px
h c
0
cos
0
h
co s
py
(2) 光电倍增管 光信号→电信号 用于弱光电信号的放大——可将光电流放大数 百万倍。
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
3
光的波粒二象性
• 光的干涉和衍射现象是光的波动性的直接证据，光电效应 又说明了光具有粒子行为。这就是说，在某些情况下光突 出显示出波动性，而在另一些情况下则突出显示出粒子性 ，将这种现象称为光的波粒二象性。 • 频率为 别为 ，波长为 的光波对应的光子的能量、动量分
第11章 量子光学基础
1 2
mv A
2
11.2 光电效应 康普顿散射
• 遏止电压与入射光频率成线性关系，与入射光强无关
h 1 2 mv A
2
显然电子初动能与 Ua 之间有关系
1 2 mv eU a
2
a
Ua Cs 2.0 1.0 0.0 4.0 Na Ca
h e U
A
6.0
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
R. A. Millikan(密立根) 研究元电荷和光电效应，通过油滴实验证明电荷有 最小单位，1923诺贝尔物理学奖得主
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11.2 光电效应 康普顿散射
*
光电效应的应用 (1) 光电管 光信号→电信号
用于光信号的记录、自动控制等
2 2
m m0 / 1 v / c
v c 不可能！
自由电子不可能吸收光子，只能散射光子。
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11.2 光电效应 康普顿散射
例 已知入射波长为 0 。
（1）求在 方向观测到的散射光波长
（2）计算相应康普顿散射反冲电子的动量与动能。
解：在 方向观测到的散射光波长的增量为
8.0 10.0 (1014Hz)
可看出Ua- 曲线的斜率相同，但在横轴上的截距 不同。即： 斜率K与金属材料种类无关， 截距U0 与金属材料A有关
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11.2 光电效应 康普顿散射
* 光电效应的实验验证 Millikan 极力反对爱因斯坦的光子假说，花了十年 测量光电效应，得到了遏止电压和光子频率的严格 线性关系
11.2 光电效应 康普顿散射
一 光电效应 光照射在金属及其化合物的表面上发射电子的现 象称为光电效应。
实验装置-光电管 在阴极金属表面逸出 的电子称为光电子
电路中出现的电流形成光电流
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11.2 光电效应 康普顿散射
• 红限（截止）频率
只有当入射光频率 大于一定的频率 0 时，才 会产生光电效应， 0 称为截止频率或红限频率！
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11.2 光电效应 康普顿散射
2
爱因斯坦光量子假设 为了解释光电效应，爱因斯坦假设 (1) 光是由一颗一颗的光子（光量子）组成。每个光 子的能量与其频率成正比，即
E h
(2) 一个光子只能整个地被电子吸收或放出。光量子 具有“整体性”。
(3) 电子在离开金属面时具有的初动能:
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• 当入射光的频率给定后( > 0 )，光电流与入射光 强成正比
光电流
光强
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• 饱和光电流
在入射光强一定 时光电流会随U的 增大，最后达到 一饱和值im。
饱和电流与入射光 强成正比
第11章 量子光学基础
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
• X射线光子与原子“外层电子”的弹性碰撞
外层电子与核结合较弱 （几个eV）——与X光子相 比，这些电子近似看成为 “静止”的“自由”电 子—— 光子与电子的弹性 碰撞—光子失去部分能量 ， 频率，波长 ——康普顿效应 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。
h c
s in
h
s in
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11.2 光电效应 康普顿散射
E k m c m 0c
2
2
h
0
h
hc(
1
0
1
) hc
0 0
第11章 量子光学基础
(1 c o s ) 2 c s in
2
2
c
h m 0 c 0 .0 2 4 2 6 2 A
康普顿波长为普适常量，与物质种类无关！理论和实验 结果符合得很好。
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11.2 光电效应 康普顿散射
说明
• 只有当入射波长 0与c可比拟时，康普顿效应 才显著，因此要用X射线才能观察到康普顿散 射，用可见光观察不到康普顿散射。对可见光
1 2 m vm eU
2 a
e (K U 0 )
0
A eU
h eK
由直线斜率K的测量可以确定（光电效应）普朗克 常数。 27 h 6 .5 6 1 0 e rg .s
第11章 量子光学基础
11.2 光电效应 康普顿散射
Albert Einstein ( 1879―1955 ) 美国物理学家，1921年由于他在光电效应方面的工 作而获诺贝尔物理学奖
E h m p h c
2
hc
3 .4 1 0
36
19
J,