文档介绍：光电效应与康普顿效应的异同性摘要: 光电效应和康普顿效应是光的粒子性的最好证明,因此是大学物理教学中的重要课程。本文将从实验事实出发, 对光电效应和康普顿效应规律和本质作出比较,总结两种效应的物理本质及规律,区别和联系。关键词: 光电效应;康普顿效应;光子能量光电效应和康普顿效应作为光的粒子性的两个有力证据, 说明光不仅具有分立的能量 hv ,而且还具有一定的动量 chv 。用爱因斯坦的光子理论可以圆满解释光电效应和康普顿效应的实验结果。但是在现现行光学教材中, 均没有深入讨论两种效应的本质上差异[1,2,3]。为什么它们同是光子与电子的碰撞过程,却引起了截然不同的两种效应? 本文从实验事实出发, 对光电效应和康普顿效应规律和本质作了比较。 1 光电效应与康普顿效应发现的历史背景光电效应是赫兹在证实电磁波的存在和光的麦克斯韦电磁理论的实验中偶然发现的[2,4] 。1887 年,赫兹用两套放电电极做实验,一套产生振荡,发出电磁波;另一套作为接收器。他意外发现,如果接收电磁波的电极受到紫外线的照射, 火花放电就变得容易产生。 1888 年,德国物理学家霍尔瓦克斯证实,这是由于在放电间隙内出现了荷电体的缘故。 1899 年,汤姆孙用巧妙的方法测得产生的光电流的荷质比,获得的值与阴极射线粒子的荷质比相近,这就说明产生的光电流和阴极射线一样是电子流。这样,物理学家就认识到,这一现象的实质是由于光(特别是紫外光)照射到金属表面使金属内部的自由电子获得更大的动能, 因而从金属表面逃逸出来的一种现象。 1899 —1902 年,勒纳德对光电效应进行了系统的研究,并首先将这一现象称为“光电效应”。1905 年爱因斯坦提出了光量子理论和光电效应方程,但这个理论没有及时得到人们的理解和支持,直到 1916 年密立根作出全面的实验验证,光量子理论才开始得到人们的承认。其实验规律为: (1 )要产生光电效应,入射光的频率必须 0???(或 0???), 0?叫极限频率,对不同金属 0?的值不同,与 0?相应的波长值 0?叫极限波长。如果人射光的频率 0???(或 0???)则无论入射光强度多大,照射时间多长,都不会产生光电效应。(2)从金属中释放的电子的最大初动能与光的强度无关,与光的频率有关。光电子的最大初动能随入射光频率的增大而线性地增大。(3 )光电子的发射与光的照射几乎是同时的,它们之间的时间不会超过 910 ?s。(4)入射光频率大于极限频率时,饱和光电流(单位时间内发射的光电子数) 与入射光强度成正比。 1922 ~1923 年康普顿研究了 X 射线被较轻物质( 石墨、石蜡等) 散射后光的成分,发现当波长很短的 X 射线通过某种物质时,散射光中除了有原有波长λ 0 的X射线外,还有较长波长λ的X射线,这种散射现象称为康普顿散射或康普顿效应。康普顿效应的实验规律可归纳为: (1) 康普顿效应中波长的改变与散射角( 散射线与人射线之间的夹角)?的关系由康普顿散射公式确定,即 0??????=?1( 0? cos?),式中常数? 0? ??叫做电子的康普顿波长,对于同一散射物质,波长差??随?角增大而增大,与入射光波长无关。(2) 对于不同散射物质,在同样的散射方向上,波长差??相同,但较长波长的射线强度随原子序数 Z的增大而减少,即随着 Z的增加康普顿效