光电效应、康普顿效应精选PPT.ppt
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1、关于光电效应、康普顿效应第1页,讲稿共52张,创作于星期日问题:问题:回顾前面的学习,总结人回顾前面的学习,总结人类对光的本性的认识的发展过程类对光的本性的认识的发展过程?第2页,讲稿共52张,创作于星期日用弧光灯照射擦得很用弧光灯照射擦得很亮的锌板,亮的锌板,(注意用注意用导线与不带电的验导线与不带电的验电器相连),电器相连),使验电使验电 器张角增大到约为器张角增大到约为 30度时,再用与丝绸磨度时,再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近擦过的玻璃棒去靠近锌板,则验电器的指锌板,则验电器的指针张角会变大。针张角会变大。表明锌板在射线照射下失去电子而带正电表明锌板在射线照射下失去电子而带正电一一.光
2、电效应的实验规律光电效应的实验规律第3页,讲稿共52张,创作于星期日1.1.什么是光电效应什么是光电效应 当光线照射在金属表面时,金属中有当光线照射在金属表面时,金属中有电子逸出的现象,称为电子逸出的现象,称为光电效应光电效应。逸逸出的电子称为出的电子称为光电子光电子。一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律光电子定向移动形成的电流叫光电子定向移动形成的电流叫光电流光电流 第4页,讲稿共52张,创作于星期日一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律2.2.光电效应实验光电效应实验规律规律(1)存在饱和电流存在饱和电流光照不变,增大光照不变,增大UAK,G表中电流达表中电流达到某一值后不再增大
3、,即达到饱和值。到某一值后不再增大,即达到饱和值。因为光照条件一定时,因为光照条件一定时,K发射的电子发射的电子数目一定。数目一定。实验表明:实验表明:入射光越强,饱和电流越大,单位时间内发射的光入射光越强,饱和电流越大,单位时间内发射的光电子数越多。电子数越多。阳极阳极阴极阴极第5页,讲稿共52张,创作于星期日:使光电流减小到零的反向电压:使光电流减小到零的反向电压+一一一一 一一一一 一一一一 一一一一 一一一一 一一一一v加反向电压,如右图所示:加反向电压,如右图所示:光电子所受电场力方向与光电子速度光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反,光电子作减速运动。若方向相反,光电子作减速运动
4、。若最大的初动能最大的初动能U=0时,时,I0,因为电子有初速度因为电子有初速度则则I=0,式中,式中UC为为遏止电压遏止电压一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率a.存在存在遏止电压遏止电压UC CEEUFKA第6页,讲稿共52张,创作于星期日IIsUaOU黄光(黄光(强)强)黄光(黄光(弱)弱)光电效应伏安特性曲线光电效应伏安特性曲线遏遏止止电电压压饱饱和和电电流流一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律蓝光蓝光Ub(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率阳极阳极阴极阴极第7页,讲稿共52张,创作于星期日实验表明实验表明:对
5、于一定对于一定对于一定对于一定颜色颜色颜色颜色(频率频率频率频率)的的的的光光光光,无论光的强弱如何无论光的强弱如何无论光的强弱如何无论光的强弱如何,遏止电压遏止电压遏止电压遏止电压是一样的是一样的是一样的是一样的.光的频率光的频率 改变是,改变是,遏止电压也会改变。遏止电压也会改变。遏止电压也会改变。遏止电压也会改变。一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率a.存在存在遏止电压遏止电压UC C光电子的光电子的最大初动能最大初动能只与只与入射光入射光的频率的频率有关,与入射光的强弱无有关,与入射光的强弱无关。关。阳极阳极阴极阴极第8页,讲稿共
6、52张,创作于星期日经研究后发现:经研究后发现:一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律b.存在存在截止频率截止频率 c对于每种金属,都对于每种金属,都相应确定的截止频相应确定的截止频率率 c。当入射光频率当入射光频率 c 时,电子才时,电子才能逸出金属表面;能逸出金属表面;当入射光频率当入射光频率 A A时,才有光电子逸出,时,才有光电子逸出,就是光电效应的就是光电效应的截止频率。截止频率。电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积累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。能量的时间,光电流自然几乎是瞬时发生的。光强较大时,包含的光子数较多,照射金属时产
7、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。生的光电子多,因而饱和电流大。三三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设第15页,讲稿共52张,创作于星期日由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应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的实验规律,荣获荣获19211921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖。爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应,但当时并未被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。物理学家们广泛承认,因为它完全违背了光的波动理论。4.4.光电效应理论的验证光电效应理论的验证 美
8、国物理学家密立根,花了十年时间做了美国物理学家密立根,花了十年时间做了“光电效应光电效应”实验,结果在实验,结果在1915年证实了爱因斯坦方程,年证实了爱因斯坦方程,h 的值与理论的值与理论值完全一致,又一次证明了值完全一致,又一次证明了“光量子光量子”理论的正确。理论的正确。三三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设第16页,讲稿共52张,创作于星期日爱因斯坦由于爱因斯坦由于对对光电效应光电效应的理论解释和对的理论解释和对理论物理理论物理学学的贡献的贡献获得获得1921年诺贝年诺贝尔物理学奖尔物理学奖密立根由于密立根由于研究基本电荷和研究基本电荷和光光电效应电效应,特别是通过著名的油,特
9、别是通过著名的油滴实验,证明电荷有最小单位。滴实验,证明电荷有最小单位。获得获得19231923年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖。第17页,讲稿共52张,创作于星期日思考与讨论思考与讨论第18页,讲稿共52张,创作于星期日放大器放大器控制机构控制机构 可以用于自动控制,可以用于自动控制,可以用于自动控制,可以用于自动控制,自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动跟踪等。自动跟踪等。自动跟踪等。自动跟踪等。四四.光电效应在近代技术中的应用光电效应在近代技术中的应用1.1.光控继电器光控继电器可对微弱光线进行放可对微弱光线进行放可对微弱光线进行放可对微弱
10、光线进行放大,可使光电流放大大,可使光电流放大大,可使光电流放大大,可使光电流放大10105 510108 8 倍,灵敏度倍,灵敏度倍,灵敏度倍,灵敏度高,用在工程、天文、高,用在工程、天文、高,用在工程、天文、高,用在工程、天文、科研、军事等方面科研、军事等方面科研、军事等方面科研、军事等方面。2.2.2.2.光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管第19页,讲稿共52张,创作于星期日应 用光电管光电源电流计IAK第20页,讲稿共52张,创作于星期日 康普顿效应康普顿效应第21页,讲稿共52张,创作于星期日1.光的散射光的散射光在介质中与物质微粒相互作用光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播
11、方向发因而传播方向发生改变生改变,这种现象叫做这种现象叫做光的散射光的散射2.2.康普顿效应康普顿效应 1923年康普顿在做年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验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,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还有比入射线波长更长的射线,其波长的改变量与散射角射角有关,而与入射线波长有关,而与入射线波长 和散射物质都无关和散射物质都无关。一一.康普顿效应康普顿效应第22页,讲稿共52张,创作于星期日3.3.康普顿散射的实验装置与规律:康普顿散射的实验装置与规律:晶体晶体 光阑光阑X
12、 射线管射线管探探测测器器X 射线谱仪射线谱仪 石墨体石墨体(散射物质散射物质)j 0散射波长散射波长 一一.康普顿效应康普顿效应第23页,讲稿共52张,创作于星期日康普顿正在测晶体对康普顿正在测晶体对X 射线的散射射线的散射 按经典电磁理论:按经典电磁理论:如果入射如果入射X光是某光是某 种波长的电磁波,种波长的电磁波,散射光的波长是散射光的波长是 不会改变的!不会改变的!一一.康普顿效应康普顿效应第24页,讲稿共52张,创作于星期日康普顿散射曲线的特点:康普顿散射曲线的特点:a.除原波长除原波长 0外出现了移向长外出现了移向长波方向的新的散射波长波方向的新的散射波长 。b.新波长新波长 随
13、散射角的增大而随散射角的增大而增大。增大。散射中出现散射中出现 0 的现象,称的现象,称为为康普顿散射。康普顿散射。波长的偏移为波长的偏移为=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj.o(A)0.7000.750波长波长.0 一一.康普顿效应康普顿效应第25页,讲稿共52张,创作于星期日称为电子的称为电子的Compton波长波长只只有有当当入入射射波波长长 0与与 c可可比比拟拟时时,康康普普顿顿效效应应才才显显著著,因因此此要要用用X射射线线才才能能观观察察到到康康普普顿顿散散射射,用用可可见见光光观观察察不到康普顿散射。不到康普顿散射。波长的偏移只与散射角波长的偏移只与散射角 有关,有关,而
14、与散射物质而与散射物质种类及入射的种类及入射的X X射线的波长射线的波长 0 0 无关,无关,c=0.0241=2.41 10-3nm(实验值)(实验值)一一.康普顿效应康普顿效应第26页,讲稿共52张,创作于星期日1.1.经典电磁理论在解释康普顿效应时经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难遇到的困难二二.康普顿效应解释中的疑难康普顿效应解释中的疑难 根据经典电磁波理论,当电磁波通过物质时,根据经典电磁波理论,当电磁波通过物质时,物质中带电粒子将作受迫振动,物质中带电粒子将作受迫振动,其频率等于入射光其频率等于入射光频率频率,所以它所发射的,所以它所发射的散射光频率散射光频率应等于应等于入射
15、光入射光频率频率。无法解释波长改变和散射角关系。无法解释波长改变和散射角关系。第27页,讲稿共52张,创作于星期日2.2.光子理论对康普顿效应的解释光子理论对康普顿效应的解释二二.康普顿效应解释中的疑难康普顿效应解释中的疑难 若光子和外层电子相碰撞,光子有一部分能量传给若光子和外层电子相碰撞,光子有一部分能量传给电子,电子,散射光子散射光子的能量减少,于是的能量减少,于是散射光散射光的波长大于的波长大于入射光入射光的波长。的波长。若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞,光子将与整若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞,光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量,根个原子交换能量,由于光子质量远小
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