光电效应爱因斯坦的光量子论.ppt

§16-2 光电效应 爱因斯坦的光量子论
P200,一下3，4行
当光照射在金属表面上时,电子从金属表面逸出的现象，。由光电子形成的电流叫光电流。
一、光电效应的实验规律

1887年3，

按照光子假设，光电效应可解释如下：当频率为 的光照射金属时，金属中的自由电子从入射光中吸收整个光子，获得h 的能量 ，一部分消耗在电子逸出金属表面需要的逸出功Φ（电子逸出金属表面时克服阻力而做的功）上，另一部分转换成逸出电子的初动能，按能量守恒有
或
△
P203,
——爱因斯坦的光电效应方程
3．用光子理论解释光电效应的实验规律
1）饱和光电流
2) 光电子初动能与入射光频率成正比,与光强无关
与光强无关
只有 时，才有 ，即才
能发生光电效应，否则不能。
3) 存在一个红限频率
因
金属的红限
λ0 ——红限波长
△
按光子假说，当光投射到物体表面时，光子的能量一次地被一个电子所吸收，不需要任何积累能量时间，即光电效应是瞬时产生的
这样光子理论成功地解释了光电效应规律。
爱因斯坦（Albert Einstein 1879-1955）由于成功解释光电效应于1921年获诺贝尔物理学奖。
4)光电效应是瞬时产生的
光电控制电路、自动报警、自动计数、光电倍增管、鼠标器等等。

利用光电效应中光电流与入射光强成正比的特性,可以制造光电转换器----实现光信号与电信号之间的相互转换。这些光电转换器如光电管等，广泛应用于光功率测量、光信号记录、电影、电视和自动控制等诸多方面。
光电倍增管
放大器
接控件机构
光
光控继电器示意图
原理：当加在发光元件上的信号达到某一定值时，光的作用使光敏器件的阻值发生急剧变化，从而起到闭合或开断电路的作用。
例1 在均匀磁场B内放置一及薄的金属片，它的红限波长 ，今用单色光照射，发现有电子放出，放出电子（质量为m,电量的绝对值为e)在垂直磁场的平面内做半径为R的圆周运动，求此照射光子的能量。
解
由爱因斯坦光电效应方程
由题意，得
动能
例2 已知一单色光照射在钠金属表面上，，而钠的红限波长为540nm，那么入射光的波长为多少？
解
由爱因斯坦光电效应方程
及 和 可得
例2 ZP28,3
四、康普顿效应（散射）
1922—1923年间,康普顿对X射线通过石墨等物质后向各个方向散射的X射线成分进行研究时发现,X射线被散射后,除波长不变的散射光外,还有波长较长的散射光出现,这种改变波长的散射称为康普顿效应。
1. 实验装置
散射物质（石墨）
P204,四、下第2段，倒1-3行
P204,
由X射线源R发出的波长为λ的X射线，通过光阑D成为一束狭窄的X射线束，这束射线投射到散射物C上，用摄谱仪S可探测到不同方向的散射X射线的波长。
附1：实验装置
C
附2：实验装置
1）在原子量小的物质中，康普顿散射较强；在原子量大的物质中，康普顿散射较弱。

P204,倒第1段
0

49Be
2964Cu
波的相对强度
对不同散射元素,
同一散射角下，
随原子序数Z↑
Iλ↓
Iλo↑
（相对强度）
（波长）
2）波长的改变量
与散射角 有关，与入射X射线波长 及散射物质无关。
随散射角  
随 
Iλ↑
Iλo↓
吴有训的康普顿效应散射实验曲线
康普顿
吴有训
1922——1923年间，康普顿（及中国科学家吴有训）研究了X射线通过物质时向各方向散射的现象。进一步证实了爱因斯坦的光子概念。
3. 用光子理论解释康普顿效应
1)物理图象
假定：入射光由光子组成；光子和散射物中的
电子发生碰撞而被散射。
简化：因光子能量 >> 电子的束缚能
电子看作是自由电子；
因光子能量 >> 电子热运动能量
 电子看作 碰前静止。
物理图象：一个入射X光子与一个原来静止的
自由电子弹性碰撞
满足能量、动量守恒。
2）定量分析
反冲电子
入射光子：能量h0 动量 p0 = h0