-光电效应康普顿散射
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对于给定的金属，当照射光频率小于金属的红限 频率，则无论光的强度如何，都不会产生光电效应。
3
3. 光电子的最大初动能随入射光频率线性增加 与入射光的强度无关
红限频率
遏止电压与频率的关系曲线
4. 光电效应的瞬时性 实验发现，无论光强如何微弱，从光照射到光电
子出现延迟时间不超过10－9 s。
4
光的电磁波说不能解释光电效应实验规律 1.金属中电子从光波中吸取能量
光子的动量
p h h cc
光具有波粒二象性 h
p h
10
二、康普顿效应
1922—1923年,康普顿( Compton)研究了X射线被 较轻物质(石墨、石蜡等)散射后X光的成分.发现除了 有与原X射线相同波长的成分外，还有波长较长的成 分，这种现象称为或康普顿效应 。
强成正比
光电流
I
Is2
Is1
光强高 光强低
光电效应实验装置
U0 O
光电流的伏安特性曲线
U
2
2. 入射光的频率小于金属的红限频率时，不论 光多强都不能产生光电效应
1 2
m
2 m
e
| Ua
|
e(k
U0 )
ek(
U0 k
)
1 2
mm2
0
U0
k
0
U0 k
0 称为这种金属的红限频率(截止频率) 。
h m0c
2.43 1012 m
与实验非常吻合！
16
2. 光子与原子中内层电子的碰撞
0
2h Mc
sin2
j
2
0
光量子理论对康普顿效应的解释：
波长不变的散射光来自光子与整个原子的碰撞
（内层电子）
波长变长散射光来自光子与原子外层电子碰撞
以上推理过程还说明： 能量守恒定律和动量守恒定律适用于微观粒子
光在空间传播时，也具有粒子性.一束光是一束以 光速c运动的粒子流，这些粒子称为光量子，简称为 光子.每一个光子的能量就是 = hv ，不同频率的光子 具有不同的能量.
根据能量守恒与转换律:
h
1 2
mm2
A
A为逸出功
或
1 2
mm2
h
A
爱因斯坦光电效应方程
7
对光电效应的解释
(1) 光电流随光强增加而增加
17
2.康普顿效应的光量子解释
经典电磁理论难解释为什么有≠0的散射
• 康普顿的解释: 入射X射线为一束光子, 光子与散射物质中的低能
X射线光子与原子中的电子的碰撞可分为两类：
光子
能量~104eV
视为
原子中外层电子
与自由电子
碰 束缚能约几个eV 碰
撞 原子中内层电子
撞 与整个原子
束缚能大
14
1. 光子与原子中外层电子的碰撞
y
y hv
c
hv0
c
e
j
光子
m0
x
e mvx
碰前 能量 动量
碰后 能量 动量
光子 电子
hv0
hv0 c
§19.2 光的量子性
一. 光电效应 爱因斯坦方程
光照射到金属表面时，有电子从金属表面逸
出的现象。
光电效应中产生的电子
GD
光
K
A
称为“光电子”。
光电子由K飞向A，回 路中形成光电流。
G V
1
一、光电效应 爱因斯坦的光子假设
（一）光电效应的实验规律
入射光
1. 单位时间内从金属阴
阴极
阳极 Fra Baidu bibliotek逸出的电子数与入射光
辐射能不仅在发射和吸收时是一份一份的 在传播过程中，也保留一份一份的性质 光是由一个个以光速运动的光子组成的粒子流
频率为 的一个光子的能量为
E h
普朗克常量 h 6.631034 J s
单位时间投射到金属板单位面积上的光子数
为N，则入射光的强度为
S Nh
6
爱因斯坦光子理论
因为 光强 光子数N 电子数 Ne 光电流
(2) 存在遏止电势差(红限频率)
1 2
m
2 m
h
A
h( A)
h
0
A h
1 2
m
m
2
ek
eU0
ek(
U0 ) k
h(v
v0 )
0
U0 k
A h
（光电效应的红限频率）
(3) 足够大光子的能量hv，能被电子立刻吸收,电子一 次吸收一个光子，不需要任何积累时间
m0c2 0
hv
hv
mc 2
c mv
15
能量守恒
hv0 m0c2 hv mc 2
动量守恒 因
x 方向 hv0 hv cosj mv cos
cc
y 方向 0 hv sinj mv sin
c
c,
0
c
0
解得
0
h m0c
(1 cosj)
C
(3)不同元素的散射物质，在同
一散射角下波长改变△相同, 波长为的散射光强度随散射物
原子序数的增加而减小.
j=00 j=450
j=900
0
j=1350
13
康普顿效应的解释
1922年康普顿接受了爱因斯坦的光量子理论， 将X-射线与物质的散射看成是光子与原子中的电子 的碰撞，很好地解释了康普顿效应。
爱因斯坦(1879 — 1955)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
9
（三）、光的波粒二象性
描述光的波动性：波长 ，频率
描述光的粒子性：能量 ，动量P
光子的能量 h
m m0
1
u2 c2
光子无静质量 m0=0 2 p2c2 m02c4
8
美国物理学家密立根花了近十年时间从实验上 证实了爱因斯坦光电效应方程并算出了普朗克常量.
1916年,密立根（R.A.Milikan）做了精确的光
电效应实验，利用Ua— 的直线斜率K，定出
h = 6.5610-34J.s。
•有声电影、电视、闪光计数器、自动控制中都有着 重要作用
爱因斯坦的光子假设圆满地解释了光电效应 并说明了光具有粒子性
积累超过逸出功后才能从金属逸出成光电子 入射光越弱，积累时间越长 光电效应不会在瞬间发生
2.光波中电振动使金属内电子作受迫振动 受迫振动平均动能与入射光强成正比 光越强，光电子的初动能也越大 而与入射光的频率无关
3.不应该存在红限频率0
这些都与光电效应实验规律相背离
5
（二）、爱因斯坦的光子假
设 爱因斯坦在普朗克的量子假设基础上提出：
1. 康普顿散射实验
X 射线管
晶体
+
光阑
散射波长,0
j
0
0
探 测
器
石墨体 (散射物质)
X 射线谱仪
11
二、康普顿效应
光谱仪
散射光
j
入射光方向
X-射线管
光谱仪
散射光中出现波长增大的成分
12
实验规律
I
(1) 散射X射线中除原波长0外， 出现了波长> 0的新散射波 。
(2) △= - 0 ,新波长 随散射 角j 的的增大而增大。
3
3. 光电子的最大初动能随入射光频率线性增加 与入射光的强度无关
红限频率
遏止电压与频率的关系曲线
4. 光电效应的瞬时性 实验发现，无论光强如何微弱，从光照射到光电
子出现延迟时间不超过10－9 s。
4
光的电磁波说不能解释光电效应实验规律 1.金属中电子从光波中吸取能量
光子的动量
p h h cc
光具有波粒二象性 h
p h
10
二、康普顿效应
1922—1923年,康普顿( Compton)研究了X射线被 较轻物质(石墨、石蜡等)散射后X光的成分.发现除了 有与原X射线相同波长的成分外，还有波长较长的成 分，这种现象称为或康普顿效应 。
强成正比
光电流
I
Is2
Is1
光强高 光强低
光电效应实验装置
U0 O
光电流的伏安特性曲线
U
2
2. 入射光的频率小于金属的红限频率时，不论 光多强都不能产生光电效应
1 2
m
2 m
e
| Ua
|
e(k
U0 )
ek(
U0 k
)
1 2
mm2
0
U0
k
0
U0 k
0 称为这种金属的红限频率(截止频率) 。
h m0c
2.43 1012 m
与实验非常吻合！
16
2. 光子与原子中内层电子的碰撞
0
2h Mc
sin2
j
2
0
光量子理论对康普顿效应的解释：
波长不变的散射光来自光子与整个原子的碰撞
（内层电子）
波长变长散射光来自光子与原子外层电子碰撞
以上推理过程还说明： 能量守恒定律和动量守恒定律适用于微观粒子
光在空间传播时，也具有粒子性.一束光是一束以 光速c运动的粒子流，这些粒子称为光量子，简称为 光子.每一个光子的能量就是 = hv ，不同频率的光子 具有不同的能量.
根据能量守恒与转换律:
h
1 2
mm2
A
A为逸出功
或
1 2
mm2
h
A
爱因斯坦光电效应方程
7
对光电效应的解释
(1) 光电流随光强增加而增加
17
2.康普顿效应的光量子解释
经典电磁理论难解释为什么有≠0的散射
• 康普顿的解释: 入射X射线为一束光子, 光子与散射物质中的低能
X射线光子与原子中的电子的碰撞可分为两类：
光子
能量~104eV
视为
原子中外层电子
与自由电子
碰 束缚能约几个eV 碰
撞 原子中内层电子
撞 与整个原子
束缚能大
14
1. 光子与原子中外层电子的碰撞
y
y hv
c
hv0
c
e
j
光子
m0
x
e mvx
碰前 能量 动量
碰后 能量 动量
光子 电子
hv0
hv0 c
§19.2 光的量子性
一. 光电效应 爱因斯坦方程
光照射到金属表面时，有电子从金属表面逸
出的现象。
光电效应中产生的电子
GD
光
K
A
称为“光电子”。
光电子由K飞向A，回 路中形成光电流。
G V
1
一、光电效应 爱因斯坦的光子假设
（一）光电效应的实验规律
入射光
1. 单位时间内从金属阴
阴极
阳极 Fra Baidu bibliotek逸出的电子数与入射光
辐射能不仅在发射和吸收时是一份一份的 在传播过程中，也保留一份一份的性质 光是由一个个以光速运动的光子组成的粒子流
频率为 的一个光子的能量为
E h
普朗克常量 h 6.631034 J s
单位时间投射到金属板单位面积上的光子数
为N，则入射光的强度为
S Nh
6
爱因斯坦光子理论
因为 光强 光子数N 电子数 Ne 光电流
(2) 存在遏止电势差(红限频率)
1 2
m
2 m
h
A
h( A)
h
0
A h
1 2
m
m
2
ek
eU0
ek(
U0 ) k
h(v
v0 )
0
U0 k
A h
（光电效应的红限频率）
(3) 足够大光子的能量hv，能被电子立刻吸收,电子一 次吸收一个光子，不需要任何积累时间
m0c2 0
hv
hv
mc 2
c mv
15
能量守恒
hv0 m0c2 hv mc 2
动量守恒 因
x 方向 hv0 hv cosj mv cos
cc
y 方向 0 hv sinj mv sin
c
c,
0
c
0
解得
0
h m0c
(1 cosj)
C
(3)不同元素的散射物质，在同
一散射角下波长改变△相同, 波长为的散射光强度随散射物
原子序数的增加而减小.
j=00 j=450
j=900
0
j=1350
13
康普顿效应的解释
1922年康普顿接受了爱因斯坦的光量子理论， 将X-射线与物质的散射看成是光子与原子中的电子 的碰撞，很好地解释了康普顿效应。
爱因斯坦(1879 — 1955)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
9
（三）、光的波粒二象性
描述光的波动性：波长 ，频率
描述光的粒子性：能量 ，动量P
光子的能量 h
m m0
1
u2 c2
光子无静质量 m0=0 2 p2c2 m02c4
8
美国物理学家密立根花了近十年时间从实验上 证实了爱因斯坦光电效应方程并算出了普朗克常量.
1916年,密立根（R.A.Milikan）做了精确的光
电效应实验，利用Ua— 的直线斜率K，定出
h = 6.5610-34J.s。
•有声电影、电视、闪光计数器、自动控制中都有着 重要作用
爱因斯坦的光子假设圆满地解释了光电效应 并说明了光具有粒子性
积累超过逸出功后才能从金属逸出成光电子 入射光越弱，积累时间越长 光电效应不会在瞬间发生
2.光波中电振动使金属内电子作受迫振动 受迫振动平均动能与入射光强成正比 光越强，光电子的初动能也越大 而与入射光的频率无关
3.不应该存在红限频率0
这些都与光电效应实验规律相背离
5
（二）、爱因斯坦的光子假
设 爱因斯坦在普朗克的量子假设基础上提出：
1. 康普顿散射实验
X 射线管
晶体
+
光阑
散射波长,0
j
0
0
探 测
器
石墨体 (散射物质)
X 射线谱仪
11
二、康普顿效应
光谱仪
散射光
j
入射光方向
X-射线管
光谱仪
散射光中出现波长增大的成分
12
实验规律
I
(1) 散射X射线中除原波长0外， 出现了波长> 0的新散射波 。
(2) △= - 0 ,新波长 随散射 角j 的的增大而增大。