光电效应与康普顿效应的异同.pdfVIP

第 24 卷 　第 23期 甘肃科技 Vol. 24　N o. 23 2008年 12 月 Gan su Science and Techno logy D ec. 　2008 光电效应与康普顿效应的异同 刘彦安 会宁县职教中心 ,甘肃 兰州 734700 摘 　要 :光电效应和康普顿效应是光的粒子性最好证明。在两种现象中都包含了光子和运动速度远小于光速的电 子的相互作用 。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 。 关键词 :光电效应 ;康普顿效应 ;束缚能量 中图分类号 : 0643. 2 康普顿效应 ,是在人们研究 X 射线本性时发现 1　发现的历史背景不同 的。1897年塞格纳克发现了 X 射线照射到物质上 光电效应是赫兹在研究电磁场的波动性时偶然 时会产生二次辐射 ,为以后研究 X 射线的性质作了 发现的。1887年 ,当时赫兹正用两套放电电极做实 准备 。19 12 年劳厄发现 X 射线晶体衍射现象对 X 验 ,一套产生振荡 ,发出电磁波 ,另一套充当接收器 。 射线波动说提供了有力证据 。1923 年康普顿以 《X 为便于观察 ,赫兹偶然把接收器用暗箱罩上 ,结果发 射线受轻元素散射的量子理论 》为题发表了他所发 现接收电极间的火花变短了。用各种材料放在两电 现的效应 ,并用光量子假说作出了解释 ,这就是康普 极之间 ,证明这种作用既非电磁的屏蔽作用 ,也不是 顿效应 。 可见光的照射 ,而是紫外线的作用 。赫兹的发现引 起了广泛反响 。1889年 ,里奇等人用实验表明负电 2　观察到的条件不同 极在光照射下 特别是在紫外线照射下 会放出带 光电效应是指可见光或紫外线线照射到金属上 负电的粒子 ,形成电流 。爱耳斯特和盖特耳进一步 时 ,可以使金属中的自由电子从金属表面发射出来 指出 ,有些金属 如钾 ,钠 ,锌 ,铝等 不但对强弧光 1 2 的现象 。根据爱因斯坦光电效应方程 : hv m e v 有光电效应 ,对普通太阳光也同样有 ,而另一些金属 2 +A A 表示使 自由电子从金属中逸出所需的最小 如锡 ,铜 ,铁 则没有 。1899年 ,汤姆生用实验进一 υ 步肯定光电流和阴射线实质相同 ,都是高速电子流 。 能量 、表示光电子的速率 、me 为电子静质量 。是 否会发生光电效应 ,不但决定于入射光子的能量 、还 才使人们 明白光 电效应就是 由于光 特别是紫外 决定于金属对电子的束缚力 ,但只要入射光子的能 线 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到空间的一种现象 。 量大于或等于金属中电子的逸出功 ,光电效应即可 勒纳德为研究光电子从金属表面逸出时所具有的能 发生 。因此对每一种金属都有一个极限波长 ,对应 量 ,在电极间加反向电压 ,直到使光电流截止 ,推算 光子 的能量 一般 为 2 ～5ev 相 当于波长 620 ～ 出电子逸出金属表面的最大速度 。发现电子逸出金 248nm ,即在可见区和紫外区。这就是常说的外光 属表面的最大速度与光强无关 。这个结论与经典理 电效应 。 论是矛盾的。勒纳德为解释这种现象 , 1902 年提出 如果入射光波长更短 ,光子能量大于中等原子 了触发说 ,认为电子发射过程中 ,光只起触发作用 , 中某一支壳层电子结合能时 如能量小于 1M ev 的 x γ 原子里的电子振动频率是特定的 , 只有频率合适的 射线或 射线 主要是吸收方式 。当入射光子能量 光才能触发作用 。触发说当时颇有影响 。1905 年 等于某一支壳电子结合能时 ,吸收的几率最大 如 k 年爱因斯坦提出了光量子理论和光电效应方程 ,但 吸收峰 ,发生于原子从 k 壳层释放一个电子所需的 这个理论没有及时得到人们 的理解和支持 , 直到 最小能量处 但当光子能量小于电子结合能时则不 19 16年密立根作出全面的实验验证 ,光量子理论才 会发生 。这种现象又称为原子光电效应 。 开始得到人们的承认 。 原则上一切频率范围的光都可发生康普顿效 200 甘 　肃 　科 　技 第 24 卷 应 。它被散射后波长改变为 的部分外 ,还有波长变长部分出现 ,说明光子和电子 h 发生相互作用时原来的光子消失了 , 电子吸收了光 Δλ α α 1 - cos 为散射角 m c e 子的能量 ,一部分能量表现为电子的动能 ,其余的能 但在可见光区内, 由于谱线太宽 ,散射光强度太 量以新光子的形式出现 。新光子的能量小于入射光 弱而观察不到 , 但对所有 的物质当光子能量 1 ～ 子的能量 ,故散射光中出现了波长较长的部分 。