康普顿效应康普顿效应教育课件

2.光电效应实验表明：只要频率高于极限 频率，即使光强很弱也有光电流；频率低 于极限频率时，无论光强再大也没有光电 流。
3.光电效应具有瞬时性。而经典认为光能 量分布在波面上，吸收能量要时间，即需 能量的积累过程。
三.爱因斯坦的光量子假设
爱了1因启.光发斯子，坦：从他光割提普本 的出朗身 能克：就 量的是 子能由 组量一 成子个 的说个，中不频得可率到分为ν 的光的能量子为hν。这些能
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
光电效应
当光线（包括不可见光）照射在 金属表面时，金属中有电子逸出的现 象，称为光电效应。逸出的电子称为 光电子。
2.光电效应的电路图
光电子在电场作用下形成光电流
A
阳极
V
阴极
K
G
3.光电效应的实验规律
（1）存在饱和电流
光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后 不再增大，即达到饱和值。
光阑
B1 B2

晶体
A φ
X射线谱仪
C
石墨体（散射物）
G
X 射线管 调节A对R的方位，可使不同方向
R
的散射线进入光谱仪。
康普顿实验装置示意图
康普顿实验指出
散射光中除了和入射光波长λ相同的射线之外，还 出现一种波长λ'大于λ的新的射线。
康普顿效应 改变波长的散射
康普顿散射
散射X射线的波长中有两个峰值 和
表面逸出，所以不需时间的累积。
3. 从方程可以看出光电子初动能和照射 光的频率成线性关系
4.从光电效应方程中，当初动能为零时， 可得极极限频率：
爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当 时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了 光的波动理论。
4.光电效应理论的验证
美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效 应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的 值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论 的正确。
W0 h
就是光电
②电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积 累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。
③光强较大时，包含的光子数较多，照射金属 时产生的光电子多，因而饱和电流大。
爱因斯坦对光电效应的解释： 1. 光强大，光子数多，释放的光电子也
多，所以光电流也大。 2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属
量子后来被称为光子。
Eh爱因斯坦的光子说
三.爱因斯坦的光量子假设
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：
hEk W0
或 Ek hW0
Ek

1 2
mevc2
——光电子最大初动能
W0
——金属的逸出功
实验表明： 入射光越强，饱和电流越大
(2)存在遏止电压和截止频率
将电源反接，电场反向，则光 电子离开阴极后将受反向电场阻 碍作用。
当 K、A 间加反向电压，光
电子克服电场力作功，当电压达
到某一值 Uc 时，光电流恰为0。
Uc称遏止电压。
为什么会存在遏止电压？
阳极
V
阴极
K
G
光电效应伏安特性曲线
I
遏
1.光的散射 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
2.康普顿效应
1918 - 1922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，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，而与入射线波长和散射 物质都无关。
光电效应在极短的时间内完成
二.经典理论解释光电效应的疑难
1. 经典认为，按照经典电磁理论， 入射光的光强越大，光波的电场强度 的振幅也越大，作用在金属中电子上 的力也就越大，光电子逸出的能量也 应该越大。也就是说，光电子的能量 应该随着光强度的增加而增大，不应 该与入射光的频率有关，更不应该有 什么截止频率。
康普顿效应康普顿效应
对光学的研究
从很早就开始了… …
17世纪明确形成 了两大对立学说
牛顿 微粒说
由于波动说没有 数学基础以及牛 顿的威望使得微 粒说一直占上风
19世纪初证明了 波动说的正确性
惠更斯
19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说：光具有粒子性
波动说
镜面检测
薄膜干涉
增透膜
• 实验表明：不同的金属的极限频率不同。
(3)具有瞬时性
阴极
A
K
实验结果：即使入射光的强度 非常微弱，只要入射光频率大 于被照金属的极限频率，电流 表指针也几乎是随着入射光照 射就立即偏转。
阳极
G 更精确的研究推知，光电子发 射所经过的时间不超过10－9
V
秒（这个现象一般称作“光电 子的瞬时发射”）。
逸出功W0
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。
书32页表格1 几种金属的逸出功和极限频率
三.爱因斯坦的光量子假设
3.光子说对光电效应的解释
①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与入
射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当
hν>W0时，才有光电子逸出， c
效应的截止频率。

由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电
效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。
爱因斯坦由于对光电效
应的理论解释和对理论
物理学的贡献获得1921
年诺贝尔物理学奖
。
密立根由于研究基本电荷和 光电效应，特别是通过著名 的油滴实验，证明电荷有最 小单位。获得1923年诺贝 尔物理学奖
5.光电效应在近代技术中的应用
光强较弱
止
电
压
Uc
O
U
光电效应伏安特性曲线
I
饱
和
遏 止
电I s
流
电
压
Ua
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光强较强 光强较弱
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.
光电子的最大初动
能只与入射光的频
U
率有关，与入射光 的强弱无关。
b.存在截止频率
• 当入射光的频率减小到某一数值时，即使 不施加反向电压也没有光电流，这表明已 经没有光电子了，称为截止频率或是极限 频率，这就是说，当入射光的频率低于截 止频率时不发生光电效应。
1.光控继电器
可以用于自动控
制，自动计数、自动
报警、自动跟踪等。
放大器
2.光电倍增管
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。
控制机构
K K1
K2 K4 K3
K5
A
应用
• 光电管 •光 I
A K
电流计
电源
第2课时
康 普 顿 效 应 (1892-1962)美国物理学家