关于光电效应与康普顿效应你需要知道什么

光电效应与康普顿效应

1887年，赫兹在研究电磁波的实验中偶尔发现，接收电路的间隙如果受到光照，就更容易产生电火花。这就是最早发现的光电效应，也是赫兹细致观察的意外收获。后来这一现象引起许多物理学家的关注。德国物理学家P. 勒纳德（P. Lenard）、英国物理学家J. J. 汤姆孙等相继进行了实验研究，证实了这个现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。这个现象称为光电效应，这种电子常被称为光电子。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。1918 — 1922 年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X 射线的散射时，发现在散射的X 射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于它的成分，这个现象称为康普顿效应（Compton effect）。

两个实验都证明了光的粒子性，那么光电效应与康普顿效应两个现象又有什么不同之处呢。

首先观察的条件不同：在可见光和紫外区，一般仅能观察到显著的光电效应（外光电效应）。而能量较高的x射线和低能的γ射线入射到物质上时，可以同时观察到原子光电效应和康普顿散射，能量更高时，可能会同时出现光电效应，康普顿效应和电子对的产生。其次对光子能量的吸收程度不同：在光电效应中一个自由电子将完全吸收一个入射光子能量，克服金属对它的束缚从金属表面逸出来，原来的光子消失了。在原子中的某一壳层电子吸收一个光子能量，而从原子中逃逸出来，在这个过程中，光子也消失了。可见，无论是外光电效应还是原子光电效应，都是—个受一定程度束缚的电子，完全吸收一个入射光子的能量，克服其束缚作用，而从金属或原子表面逸出，成为真正的自由电子。康普顿效应中，x射线被散射时，除了波长不变的部分外，还有波长变长部分出现，说明光子和电子发生相互作用时原来的光子消失了，电子吸收了光子的能量，一部分能量表现为电子的动能，其余的能量以新光子的形式出现。新光子的能量小于入射光子的能量，故散射光中出现了波长较长的部分。另外，能量与动量守恒不同：在光电效应中，入射光子的能量不过几个电子伏特，这和金属中电子的逸出功有相同的数量级。所以在光电效应中，光子与物质相互作用时，我们必须考虑光子，电子和原子核三者的能量和动量变化。但由于原子核的质量M比电子质量大几千倍以上，因此核的能量变化很小，可以略去不计。所以光电效应方程中只有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。而在康普顿效应中，由于电子和原子核之间的束缚能量远小于入射光子的能量，电子获得的动能远大于电子被束缚的能量，所以仅考虑光子和电子之间的能量和动量守恒，而未考虑原子核的运动。

综上所示，可以简单理解为光子能量和电子所受束缚能量相差不大时，主要是出现光电效应；光子能量大大超过电子所受的束缚能量时，主要出现的是康普顿效应。