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hv 。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0νν≥ (或0λλ≤)，0ν叫极限频率，对不同金属0ν的值不同，与0ν相应的波长值0λ叫极限波长。如果人射光的频率0νν<（或0λλ>）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10-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λ0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)θ的关系由康普顿散射公式确定，即0λλλ-=?=-1(0λcos θ)，式中常数=0λ0.2463?
A 叫做电子的康普顿波长，对于同一散射物质，波长差λ?随θ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λ?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 的增加康普顿效应变得不显著
[3]。
2 波动理论与两种效应的矛盾
我们知道金属里有大量的自由电子，这些电子通常受到金属原子和金属晶格的作用，而被束缚在金属表面以内，它没有足够的能量逸出金属表面。按照光的电磁理论：光是电磁波，在光的照射下，光波中的电场作用于电子，迫使电子振动，给电子能量，使电子有足够的能力挣脱金属的束缚而逸出表面。所以可推测：
（1）光照越强，电子接受的能量越多，释放出的电子动能愈大。（2）释放的电子主要决定于光强，应当与频率没有关系。但是这却与实验测量相矛盾，而且光电效应几乎是瞬时的这用波动理论是不可理解的，因为原子很小，单位时间内吸收的入射光能量的也很小，需要很长时间才能发射出光电子。所以用波动理论不能解释两种效应[5]。
3 用光量子理论可很好解释两种效应
按照光子理论，当光射到金属表面时，金属中的电子把光子的能量νh (h 为普朗克常数)全部吸收，电子把这部分能量用作两种用途，一部分用来挣脱金属对它的束缚，即用作逸出功w ，余下一部分转换成电子离开金属表面后的动能
221mv ，按能量守恒与转换定律，应有w mv h +=221ν，这就是有名的爱因斯坦光电效应方程。利用这个方程能圆满地解释光电效应的所有规律[5]。
光子理论也能很好地解释康普顿效应:入射光中的光子与物质中的电子作弹性碰撞，碰撞后光子的能量减少，由=E λνhc h =故波长变长，这就是较长波长的散射光。原子外层的电子或轻原子的电子的结合能(小于10ev)比X 射线能量(5410~10ev)要小得多，这些电子的动量也比光子的动量要小，因此作为近似，可以把这些电子看成是自由的并且是静止的。在碰撞过程中，光子与电子作为一个系统遵守能量守恒定律与动量守恒定律。对于原子内层电子，因结合能较大不能忽略，故电子不能看成是自由的，这时光子将与整个原子发生碰撞。由于原子质量远大于光子质量，碰撞结果是光子能量改变甚微，光的波长几乎不变，这就是散射中有原散射光的原因。
随着Z 的增加，原子中结合能小的外层电子在全部电子中所占比例减小，即可以看成自由电子的电子数减少，而原波长的散射光增加，这就是随着Z 的增加康普顿效应变得不显著的原因，从而解释了第二条实验规律。
4 光电效应与康普顿效应的微观机制
量子理论认为，光照射金属、石墨等入射物质时，光子将与这些物质中的原子实、束缚紧的电子、束缚弱的电子、自由电子发生相互作用。光子与束缚弱的电子碰撞产生光电效应，光子与自由电子的碰撞产生康普顿效应。
光子与自由电子作用时，设自由电子与光子碰撞后吸收了光子而获得一定速度，可分别从能量守恒和动量守恒求出碰撞后电子的运动速度。计算可知，无论是处于静止状态还是处于运动状态的自由电子，从能量守恒求出的出射电子速度均不等于由动量守恒求得的电子速度，即由能量守恒定律和动量守恒定律决定的电子运动速度不同，说明这个过程不会发生，即处于静止或运动状态的自由电子都不能完全吸收入射光子的能量[ 6]。仅当电子被束缚在固体或者原子中，具有一定束缚能时电子才能完全吸收光子能量[7]。
4.1 光子与束缚电子作用产生光电效应
金属原子中的电子受到原子的束缚，最外层束缚较弱，可忽略不计，内层电子束缚较紧（尤其对重元素来说）。金属中自由电子由于受到某种势垒作用难以从金属表面逸出，使自由电子脱离金属束缚而逸出金属表面还需要逸出功A，其范围在2-5ev。对于金属中的自由电子（原子最外层电子），原子对其束缚能很小可忽略不计，常温下自由电子的热运动仅为10-2（ev）数量级，远小于入射光子能量和逸出功，亦可忽略不计，所以可把电子看做是静止的。要注意的是，通常讲的金属中“自由电子”是指能在金属内部自由运动的电子，其实它并不自由，它受金属晶格的束缚不能自由逸出金属表面。
在可见光或紫外光区的光子与金属中“自由电子”发生碰撞时，属于上述的光子与束缚电子作用，束缚电子吸收入射光子的全部能量而逸出金属表面，这就是常见的外光电效应。当入射光子波长再短时，其能量大于中等原子中某一支壳层电子的结合能时（如能量小于1Mev的X射线或γ射线），此时原子对该壳层电子的束缚能不能忽略，原子的内层电子也可吸收入射光子的能量而脱离原子飞出物质表面，这种现象称为内光电效应亦称原子光电效应。原子光电效应中还观察到一种共振现象：当入射光子能量等于某一壳层电子的结合能时，脱离电子的几率最大（如K吸收峰，发生于原子从K层释放一个电子所需最小能量处），当光子能量小于电子结合能时则不发生[8，9]。
可见，无论是外光电效应还是原子光电效应，都是一个受一定程度束缚的电子完全吸收一个入射光子能量，从而克服其束缚，逸出金属或原子表面成为真正的自由电子。在考虑碰撞时我们只考虑入射光子与电子间一对一的作用。因为原子核的质量比电子大千倍以上，所以核的能量变化很小，可忽略不计，所以可看做是入射光子与电子之间的能量守恒。外光电效应中，金属对电子的束缚能与可见光或紫外光区的入射光子的能量具有相同数量级；原子光电效应中，原子对电子的束缚能与低能的X射线或γ射线能量是相同数量级，所以，外光电效应和原子光电效应中，光子与电子作用时的内力不远远大于原子核对电子的作用力，因此光电效应中光子与电子碰撞动量不守恒[10]。
4.2 光子与自由电子作用产生康普顿效应
上面已经论述过自由电子不能完全吸收一个光子的全部能量，即自由电子只能部分地吸收光子能量。能量较大的光子，例如能量在104-105ev的X射线，入射光子的能量与电子静止能量（约为0.512Mev）有相同的数量级。
对于轻元素，从原子K层电离一个电子所需要的能量较小，如铝原子的K层电子电离能最大约为2Kev，远小于入射X光线的能量，所以原子和固体的束缚
能可以忽略不计。同样，电子热运动的能量也可忽略不计，碰撞前可看作是静止的。这样能量较大的入射光子与散射物中的弱束缚电子的碰撞可看作是光子与静止的自由电子（包含散射物中的自由电子）的碰撞，所以散射物中的电子只吸收了部分光子能量，形成反冲电子，而剩余的那小部分光子能量则以新的光子形式产生，由于其能量小于入射光子能量，所以波长要比入射光子波长大。在X射线散射中，除了康普顿散射外还存在汤姆逊散射，即入射光子与整个原子碰撞，由于原子质量巨大而产生弹性碰撞，使光子能量保持不变，所以在散射光线中能检测到波长与原入射光线相同的散射光。
对于重元素，其内层电子的电离能较大，如铅原子的K层电离能达105ev，与入射X射线光子的能量相近，此时不能把电子看作是自由电子，但重元素的较外层电子（如L、M层）的电离能较小，所以康普顿效应主要发生在光子与弱束缚电子之间。这就解释了散射中原子序数上升时，波长改变的谱线强度（康普顿散射）将下降，波长不变的谱线（汤姆逊散射）的强度将增长。
计算可知，在紫外光或可见光区的光子也能产生康普顿效应，但是此时的波长移动小于0.1nm，反冲电子的能量也很小（比常温下金属中的自由电子的热运动能量还要小1000倍，只占入射光子的十万分之一），所以在紫外光或可见光区不能产生显著康普顿效应，显著康普顿效应仅在能量很高的射线区才能观察到[7]。
5 光电效应与康普顿效应的同一性
光电效应和康普顿效应在物理本质上是相同的，都是入射光的光子与金属或石墨等物质的电子之间一对一的相互作用，在作用过程中都遵守能量守恒律，并且电子所获得的能量都来自入射光的光子。光电效应和康普顿效应发生的几率，主要取决于入射光子的能量[6]。由于入射光子能量的不同，才产生不同结果。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。光电效应主要表现为电子完全吸收光子的能量而逸出物质表面，康普顿效应则是电子部分地吸收子的能量而在散射光中出现能量较小的即波长较长的光子。与两种效应相对应的爱因斯坦方程和康普顿公式都是建立在光子假设基础上。研究光电效应和康普顿效应时都用到了能量守恒定律。
6 光电效应与康普顿效应的差异性
6.1 观察到的条件不同
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 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，但三者的相对重要性则取决于元素的原子序数[7]。
6.2 对光量子能量的吸收程度不同
在光电效应中一个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。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。
6.3 能量与动量守恒方式不同
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人射光子的能量，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[11]。
参考文献
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The Comparison of Photoelectric Effect and Konpton Effect Abstract: Photoelectric effect and Compton effect are two important evidence of the particle nature of light.Therefore, they are important courses in college physics' class.This work started from the experimental facts,discussed the laws and nature between the two effects,found the physical nature，rules，differences and connections of the two effects finally.
Key words: Photoelectric Effect, Konpton Effect,The energe of photon
光电效应与康普顿效应的比较 周嘉夫 （天水师范学院物理与信息科学学院，甘肃天水741001） 摘要: 光电效应和康普顿效应是光的粒子性的两个重要证据，通过对两效应实验规律的比较及产生条件的分析，论述两效应之间存在的本质差异，进一步说明光电效应和康普效应虽然都是光子与原子的作用过程，但产生条件和现象却是根本不同的。 关键词:光电效应康普顿效应光子散射电子自由电子差异能量作用比较 The Comparison of Photoelectric Effect and Konpton Effect Zhou Jiafu ( School of Physics and Information Science, Tianshui Normal university, 741001) Abstract:Photoelectric effect and Compton effect is the particle nature of light are two important evidence. Effect of the two experiments and production of comparative law analysis of the conditions discussed between the two effects of differences in the photoelectric effect and further Compton Effect Although they are both the role of photon and atom, but phenomena arising from the conditions and it is step-by-step with the fundamental. Key words:Scattering, Electron, PhotoelectricEffect, Konpton Effec,Free Electron，Photon，Function，Energy，Comparison
目录 摘要 (1) Abstract (1) 1 光电效应的概念 (1) 1.1光电导效应 (2) 1.2光生伏特效应 (2) 2 光电效应的实验规律 (2) 3 光电效应和经典理论的矛盾处 (3) 4 光电效应的科学解释 (3) 5 光电效应的物理意义 (3) 6光电效应在近代技术中的应用 (4) 6.1常用的光电器件 (4) 6.2常用光电器件的检测 (5) 结语 (6) 参考文献 (6)
光电效应及其应用 摘要:本文介绍了光电效应的发现及发展，简要叙述了爱因斯坦的光量子假说对光电效应的解释及通过实验来验证了爱因斯坦的光量子假说对光电效应解释的正确性。并介绍了光电效应在现代科学技术中的应用。 关键词:光电效应；光量子；频率；相对论 The photoelectric effect and its application Absract：This passage introduce the discovery and development of photo-electr- ic effect, it brief introduce Einstein's light quanta hypothesis's contribute to explainin- g photo-electric effect and theory physics，it also introduce the application of photo-electric effect in modern scientific technology. Key words：Photoelectric effect；Light quantum；Frequency；Theory of Relativity 引言 光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。 光照射到某些物质上，有电子从物质表面发射出来的现象称之为光电效应（Photoelectric effect）。这一现象最早是1887年赫兹在实验研究麦克斯韦电磁理论时偶然发现的。之后霍尔瓦克斯、J·J·汤姆孙、勒纳德分别对这种现象进行了系统研究，命名为光电效应，并得出一些实验规律。1905年，爱因斯坦在《关于光的产生和转化的一个启发性观点》一文中，用光量子理论对光电效应进行了全面的解释。1916年，美国科学家密立根通过精密的定量实验证明了爱因斯坦的理论解释，从而也证明了光量子理论，使其逐渐地被人们所接受。 1 光电效应的概念 光电效应分为：外光电效应和内光电效应。光电效应中多数金属中的光电子 )逸出，不能从金属内深层逸出的结论。只能从靠近金属表面内的浅层(小于m
练习二十一光电效应康普顿效应 一、选择题 1. 已知一单色光照射在钠表面上，测得光电子的最大动能是1.2eV，而钠的红限波长是540nm，那么入射光的波长是 (A) 535nm。 (B) 500nm。 (C) 435nm。 (D) 355nm。 2. 光子能量为0.5MeV的X射线，入射到某种物质上而发生康普顿散射。若反冲电子的动能为0.1MeV，则散射光波长的改变量?λ与入射光波长λ0之比值为 (A) 0.20。 (B) 0.25。 (C) 0.30。 (D) 0.35。 3. 用频率为ν的单色光照射某种金属时，逸出光电子的最大动能为E k，若改用频率为2ν的单色光照射此种金属，则逸出光电子的最大动能为 (A)hν+E k。 (B) 2hν?E k。 (C)hν?E k。 (D)2E k。 4. 下面这此材料的逸出功为：铍，3.9eV；钯， 5.0eV；铯，1.9eV；钨，4.5eV。要制造能在可见光(频率范围为3.9×1014Hz－7.5×1014Hz)下工作的光电管，在这此材料中应选： (A)钨。 (B)钯。 (C)铯。 (D)铍。 5. 光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程。对此过程，在以下几种理解中，正确的是： (A) 光电效应是电子吸收光子的过程，而康普顿效应则是光子和电子的弹性碰撞过程。 (B) 两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程。 (C) 两种效应都属于电子吸收光子的过程。 (D) 两种效应都是电子与光子的碰撞，都服从动量守恒定律和能量守恒定律。 6. 一般认为光子有以下性质 (1) 不论在真空中或介质中的光速都是c； (2) 它的静止质量为零； (3) 它的动量为hν/c2； (4) 它的动能就是它的总能量； (5) 它有动量和能量，但没有质量。 以上结论正确的是 (A)(2)(4)。 (B)(3)(4)(5)。 (C)(2)(4)(5)。 (D)(1)(2)(3)。 7. 某种金属在光的照射下产生光电效应，要想使饱和光电流增大以及增大光电子的初动能，应分别增大照射光的
专题60 光电效应波粒二象性（练） 1．用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加 电压U的关系如图．下列说法中正确 ．．的是：（） U I a b A．a光光子的频率大于b光光子的频率，a光的强度小于b光的强度； B．a光光子的频率小于b光光子的频率，a光的强度小于b光的强度； C．如果使b光的强度减半，则在任何电压下，b光产生的光电流强度一定比a光产生的光电流强度小； D．另一个光电管加一定的正向电压，如果a光能使该光电管产生光电流，则b光一定能使该光电管产生光电流。 【答案】D 【名师点睛】要熟练掌握所学公式，明确各个物理量之间的联系．如本题中折射率、临界角、光子能量、最大初动能等都有光的频率有关；对于本题解题的关键是通过图象判定a、b两种单色光谁的频率大，反向截止电压大的则初动能大，初动能大的则频率高，故b光频率高于a 光的．逸出功由金属本身决定。 2．（多选）已知钙和钾的截止频率分别为14 7.7310Hz ?和14 5.4410H ?z，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钾逸出的光电子具有较大的：（） A．波长 B．频率 C．能量 D．动量 【答案】BCD 【解析】根据爱因斯坦光电效应方程得：E k=hγ-W0，又 W0=hγc；联立得：E k=hγ-hγc，据题钙的截止频率比钾的截止频率大，由上式可知：从钾表面逸出的光电子最大初动能较大，
由2 k P mE =，可知钾光电子的动量较大，根据 h P λ= 可知，波长较小，则频率较大．故A 错误，BCD正确．故选BCD． 【名师点睛】解决本题的关键要掌握光电效应方程E k=hγ-W0，明确光电子的动量与动能的关 系、物质波的波长与动量的关系 h P λ= ． 3．用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图所示．则这两种光：（） A．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大 B．从同种玻璃射入空气发生全反射时，b光的临界角大 C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大 D．通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大 【答案】C 【名师点睛】要熟练掌握所学公式，明确各个物理量之间的联系．如本题中折射率、临界角、光子能量、最大初动能等都有光的频率有关。 4．某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2．21 eV，用波长为2．5×10- 7 m的紫外线照射阴极，已知真空中的光速为3．0×108 m/s，元电荷为1．6×10-19 C，普朗克常量为6．63×10-34 J·s。则钾的极限频率是Hz，该光电管发射的光电子的最大初动能是J。（保留二位有效数字） 【答案】5．3×1014 ，4．4×10-19 【解析】（1）根据据逸出功W0=hγ0，得： 19 14 034 2.21 1.610 5.310 6.6310 W Hz h γ - - ?? ===? ? ； （2）根据光电效应方程：E k=hγ-W0…①
第二节光子 第三节康普顿效应及其解释 lo能量子 (1)_________________ 定义:普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的 ________________________________ O即:能量的辐射或者吸收只能是 _______________________________________ O这个不可再分的最小能量值叫做_______ ? ⑵能量子大小为hv,其中、，是谐振子的振动频率，h称为 ____ 常量。h = (3)能量的量子化 在微观世界中微观粒子的能量是_________ 的，或者说微观粒子的能量是______ 的。这种现象叫能量的量子化. 2。__________________________________ 光的能量是不连续的，而是的，每一份叫做一个光子，一个 光子的能量为_______ ?这就是爱因斯坦的光子说。 3.要使物体内部的电子脱离离子的束缚而逸出表面，必须要对内部电子做一 定的功，这个功称为_______ o在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得 的能量是hv,这些能量的一部分用来克服金属的______ ，剩下的表现为逸出的光
电子的___________ ，公式表示为___________________ ， 4o康普顿效应 (1)用X射线照射物体时，散射出来的X射线的波长会______ ，这种现象称 为康普顿效应。 (2)光电效应表明光子具有 ______ 康普顿效应表明光子还具有_______ , 两种效应深入地揭示了光的_______ 性的一面. (3)光子的动量p= ___________ 、在康普顿效应中，由于入射光子与物体中电子的碰撞，光子的动量_____ ,因此波长______ ? 【概念规律练】 知识点一能量子 lo已知某种单色光的波长为I在真空中光速为c,普朗克常量为h,则电磁波辐射的能量子￡的值为() Ao h错误！B、错误！ C、错误！ D.以上均不正确 2?神光"II”装置是我国规模最大，国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400J、波长X.为0、35 pm的紫外激光,已知普朗克常量h=6、63X10-34J-S,则该紫外激光所含光子数为() A.2、1X1021个Bo 4、2X1021个
光电效应波粒二象性 知识梳理 知识点一、光电效应 1．定义 照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。 2．光电子 光电效应中发射出来的电子。 3．研究光电效应的电路图(如图1)： 图1 其中A是阳极。K是阴极。 4．光电效应规律 (1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应。低于这个频率的光不能产生光电效应。 (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。 (3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s。 (4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。 知识点二、爱因斯坦光电效应方程 1．光子说 在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν。其中h＝6.63×10－34J·s。(称为普朗克常量) 2．逸出功W0 使电子脱离某种金属所做功的最小值。 3．最大初动能 发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。
4．遏止电压与截止频率 (1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c 。 (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。 5．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：E k ＝h ν－W 0。 (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量的一部分用 来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E k ＝12m e v 2。 知识点三、光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。 (2)光电效应说明光具有粒子性。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。 2．物质波 (1)概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波。 (2)物质波 任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝h p ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量。 考点精练 考点一 光电效应现象和光电效应方程的应用 1．对光电效应的四点提醒 (1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。 (2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。 (3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。 (4)光电子不是光子，而是电子。 2．两条对应关系 (1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
光电效应与光的波粒二象性 说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ 卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟. 第Ⅰ卷（选择题共40分） 一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有 一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不 答的得0分. 1.下列关于光电效应的说法正确的是 （ ） A.若某材料的逸出功是W ，则它的极限频率h W v =0 B.光电子的初速度和照射光的频率成正比 C.光电子的最大初动能和照射光的频率成正比 D.光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大 解析：由光电效应方程k E =hv -W 知，B 、C 错误，D 正确.若k E =0，得极限频率0v =h W ,故A 正确. 答案AD 2.在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是 （ ） A.光的折射现象、偏振现象 B.光的反射现象、干涉现象 C.光的衍射现象、色散现象 D.光电效应现象、康普顿效应 解析：本题考查光的性质. 干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应现象和康普顿效应都是光的粒 子性的表现，D 正确. 答案D 3.关于光的波粒二象性的理解正确的是 （ ） A.大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性 B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子 C.高频光是粒子，低频光是波 D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著 解析：根据光的波粒二象性知，A 、D 正确，B 、C 错误. 答案AD 4.当具有 5.0 eV 能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初 动能是1.5 eV.为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为 （ ） A.1.5 eV B.3.5 eV C.5.0 eV D.6.5 eV 解析：本题考查光电效应方程及逸出功. 由W hv E k ?= 得W =hv -k E =5.0 eV-1.5 eV=3.5 eV 则入射光的最低能量为h min v =W =3.5 eV
一、选题的依据、意义和理论或实际应用方面的价值 光电效应和康普顿效应是光学课程最主要的内容之一，在大学本科层次的光学教学中的光学教学中，我们对光的反射、折射现象和成像规律已比较熟悉。但对光的波动性、干涉和衍射现象，还是比较生疏的，理论解释也比较困难，光与物质相互作用的光电效应和康普顿效应更抽象，因此，不易讲解，我们在理解过程中存在一些概念的错误和混淆。光的本质是电磁波，它具有波动的性质。近代物理又证明，光除了具有波动性之外还具有另一方面的性质，即粒子性。光具有粒子性，最好的例证就是著名的“光电效应”和“康普顿效应”。光电效应与康普顿效应研究的都是光子与电子之间的相互作用，都是光具有粒子性的体现，但两者存在重要的不同。光电效应是指电子在光的作用下从金属表面发射出来的现象. 我们把逸出来的电子称为光电子. 而康普顿效应是指在X 射线的散射现象中, 发现散射谱线中除了波长和原射线相同的成分以外, 还有一些波长较长的成分, 两者差值的大小随散射角的大小而改变, 其间有确定关系的这种波长改变的散射. 上述两种效应都牵涉到光子和个别电子的相互作用,用简单的波动理论是是很难解释这些微观世界的相互作用, 这必须用量子概念来解释. 还可以从光的粒子性出发, 谈谈对光电效应和康普顿效应的不同。所以科学家将光信号（或电能）转变成电信号（或电能）的器件叫光电器件。现已有光敏管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏组件、色敏器件、光敏可控硅器件、光耦合器、光电池等光电器件。这些器件已被广泛应用于生产、生活、军事等领域。 二、本课题在国内外的研究现状 光电效应是当光照在金属中时，金属里的表面有电子逸出的现象。而康普顿效应是让光波射入石墨，石墨中的价电子对光进行散射，然而散射光比入射光波长略大，这是由于光子和电子碰撞时将一部分能量转移给电子。这样，光的能量减小，波长便增加。而且如果将光子当做实物粒子的话，计算结果与实验结果符合。这便证明了光子也具有动量。即证明了光的粒子性。两个实验都证明了光的粒子性，下面谈谈光电效应与康普顿效应的区别。 1、观察到的条件不同； 2、对光量子能量的吸收程度不同； 3、能量与动量守恒方式不同； 光不仅具有波动性, 也具有粒子性. 同时我们也可以发现, 质量守恒定律，动量守恒定律、能的转化和守恒定律同样适用于微观物质间的相互作用。 三、课题研究的内容及拟采取的方法 1，光电效应 （1）概念 （2）光电效应的实验规律 2，康普顿效应 （1）概念 （2）康普顿效应实验规律 3，光的波动性不能解释光电效应和康普顿效应 4，用光子理论可以完美的解释光电效应和康普顿效应的本质 （1）观察到的条件不同； （2）对光量子能量的吸收程度不同； （3）能量与动量守恒方式不同； 5，光电效应和康普顿效应的联系与区别 6，光电效应和康普顿效应中的能量守恒与动量守恒 7，发生光电效应与康普顿效应的概率 方法：实验，查书，找资料
第三节光电效应波粒二象性 [学生用书P243]) 一、黑体和黑体辐射 任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领．辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布．这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射．为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体，以此作为热辐射研究的标准物体． 二、光电效应 1．定义：在光的照射下从物体发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)． 2．产生条件：入射光的频率大于极限频率． 3．光电效应规律 (1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多． (2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应． (3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9 s. 1.判断正误 (1)我们周围的一切物体都在辐射电磁波．() (2)光子和光电子都是实物粒子．() (3)能否发生光电效应取决于光的强度．() (4)光电效应说明了光具有粒子性，证明光的波动说是错误的．() (5)光电子的最大初动能与入射光的频率有关．() (6)逸出功的大小与入射光无关．() 答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√ 三、光电效应方程 1．基本物理量 (1)光子的能量ε＝hν，其中h＝6.626×10－34 J·s(称为普朗克常量)． (2)逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值． (3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸
光电子器件 第一章 1、 光电探测器输出信号电压或电流与单位入射光功率之比，即单位入射光功率作用下探测器输出信号电压或电流称为响应率. 光谱响应率（R λ）：光电器件在单色 (在波长λ附近一个很小的波长范围里) 辐射功率作用下产生的信号电压或信号电流。 ——其中Rm 为光谱响应率的最大值 R λ（单位：A/W ） 光谱响应率及量子效率仅由器件的响应特性所决定，而与光源无关。 2. 器件的光谱响应与光源辐射功率谱密度紧密相关，它们之间的匹配系统 α—称为器件与光源的光谱匹配系数，它反映了器件响应的波长范围同光源光谱的吻合程度。 在光源固定的情况下,面积A1是不变的,如果与曲线重合得愈多,面积A2愈大, α愈大，也就是光谱匹配愈好;反之, 如果两曲线没有重合之处,α=0,即二者完全失配,则该光电器件对光源辐射没有探测能力。光谱匹配是选择光电子器件,如像管、光电倍增管、红外成像器件的材料的重要依据。 3.光电探测器输出的电流或电压在其平均值上下无规则的、随机的起伏，称为噪声。噪声是物理过程所固有的，人为不可能消除。它的计算是在足够长时间内求其平方平均或均方根。 dP du R s u λλ=dP di R s i λλ=m R R R λλ=)( λR m R 1.24λ λη )(λ R λ 1 2A A =α
光电探测器的噪声来源主要有热噪声、散粒噪声、温度噪声、放大器噪声、频率噪声、复合噪声等。 当输出信号电压等于输出噪声电压均方根值时的探测器的入射辐射功率叫做最小可探测辐射功率，也叫做噪声等效功率NEP 。 Pmin 越小，器件的探测能力越强。 对Pmin 取倒数可作为衡量探测器探测能力的参数，称为探测率。研究指出:探测率与器件的面积和工作带宽成反比。 4.光吸收厚度：设入射光的强度为 I0，入射到样品厚度为x 处的光强度为 I ，则： α为线吸收系数，单位为（1/cm ） α大时，光吸收主要发生在材料的表层；α小时，光入射得深。当厚度d=1/α时，称为吸收厚度，有64%的光被吸收。 5.本征吸收：价带中的电子吸收了能量足够大的光子后，受到激发，越过禁带，跃入导带，并在价带中留下一个空穴，形成了电子空穴对，这种跃迁过程所形成的光吸收称为本征吸收。 本征吸收条件：光子的能量必须大于或等于禁带的宽度Eg 。 6. 内光电效应: 材料在吸收光子能量后，出现光生电子－空穴，由此引起电导率变化或电压、电流的现象，称之为内光电效应。 光电导效应：当半导体材料受光照时，吸收光子引起载流子浓度增大，产生附加电导率使电导率增加，这个现象称为光电导效应。在外电场作用下就能得到电流的变化。 光电导效应分为本征型和非本征型。 7.设本征半导体在没有光照时，电导率为 (称为暗电导率) 当有光注入时，半导体电导率： 电导率的增量称为光电导率： 8. 增加载流子寿命： 好处：增益提高，灵敏度提高，响应率提高。 缺点：惰性增加，频率响应特性变差。 所以增益和惰性不可兼得。 9. 影响光谱响应的两个主要因素：光电导材料对各波长辐射的吸收系数和截流子表面复合率。 光电导光谱响应特点：都有一峰值，峰值一般靠近长波限（长波限约为峰值一半处所对应的波长）。 u n n s R u u u P P ==min x e I I α-=00σP n e p e n μ μσ000+=P n p p e n n e μμσ)()(00?++?+=0() n P e n p σσσμμ?=-=?+?
光电效应与康普顿效应 专业：机械设计制造及其自动化学号：5901108267 姓名：李庆 摘要 本文对光电效应和康普顿效应进行了简单介绍，分别对光电效应和日康普顿效应的基本原理和其实验类推法进行了简单的概述，介绍了爱因斯坦光电方程和用X 射线投射石墨实验。同时本文对光电效应和康普顿效应的相同之处和不同之处进行了分析。两者的物理本质相同，但是两者观测的条件和对光量子能量的吸收程度不同，两者在过程中产生的粒子也不同。 关键词：光电效应；康普顿效应；爱因斯坦光电方程；光电子；散射 Photoelectric effect and Compton effect Abstract This article has carried on the simple introduction to the photoelectric effect and the Compton effect respectively, of the photoelectric effect and Compton effect on the basic principles and its experimental analogy method a simple overview describes the Einstein photoelectric equation and use X-ray projection of graphite experiments. And on the photoelectric effect and Compton effect of the similarities and differences were analyzed. The physical nature of both the same, but the two observation conditions and the optical absorption of quantum energy in varying degrees, both in the process produced particles are also different. Keyword:photoelectric effect; Compton effect; Einstein's photoelectric equation; optoelectronics; scattering
光电效应 波粒二象性 1．(多选)(2019·西安检测)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是( ) A ．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性 B ．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道 C ．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的 D ．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性 2．在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应。对于这两个过程，下列四个物理过程中，一定相同的是( ) A ．遏止电压 B ．饱和光电流 C ．光电子的最大初动能 D ．逸出功 3．(多选)物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减小入射光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝。实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些如图甲所示不规则的点子；如果曝光时间够长，底片上就会出现如图丙所示规则的干涉条纹。对于这个实验结果的认识正确的是( ) 甲 乙 丙 A ．单个光子的运动没有确定的轨道 B ．曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子 C ．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 D ．大量光子的行为表现为波动性 4．(多选)下列说法正确的是( ) A ．光子不仅具有能量，也具有动量 B ．光有时表现为波动性，有时表现为粒子性 C ．运动的实物粒子也有波动性，波长与粒子动量的关系为λ＝p h D ．光波和物质波，本质上都是概率波 5．(多选)已知某金属发生光电效应的截止频率为νc ，则( ) A ．当用频率为2νc 的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B ．当用频率为2νc 的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνc C ．当照射光的频率ν大于νc 时，若ν增大，则逸出功增大 D ．当照射光的频率ν大于νc 时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
课时分层作业(六) (时间：45分钟分值：100分) [基础达标练] 一、选择题(本题共8小题，每小题6分) 1．(多选)下列说法正确的是 ( ) A．概率波就是机械波 B．物质波是一种概率波 C．概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象 D．在光的双缝干涉实验中，若有一个光子，则无法确定这个光子落在哪个点上 BD [机械波是振动在介质中的传播，而概率波是粒子所到达区域的机率大小可以通过波动的规律来确定，故其本质不同，A、C错，B对；由于光是一种概率波，光子落在哪个点上不能确定，D对．] 2．(多选)关于光的波粒二象性的理解正确的是( ) A．大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性 B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子 C．高频光是粒子，低频光是波 D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著 AD [波粒二象性是光的根本属性，光在传播时波动性显著，光与物质相互作用时粒子性显著，频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，B、C错误．] 3．(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上．假设现在只让一个光子能通过单缝，那么该光子( ) A．一定落在中央亮纹处 B．可能落在亮纹处 C．可能落在暗纹处 D．落在中央亮纹处的可能性最大 BCD [根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%以上．当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，只不过落在暗处的概率很小而已，故B、C、D正确．] 4．如图，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器的铝箔有张角，则该实验( )
光电效应 1. 知识详解： 知识点1 光电效应和波粒二象性 1．光电效应的实验规律 (1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间发射的光电子数越多，饱和光电流越大． (2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应．使光电流减小到零的反向电压叫遏止电压． (3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9 s. 2．光子说 爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量ε＝h ν，其中h ＝6.63×10－34 J ·s. 3．光电效应方程 (1)表达式：h ν＝E k ＋W 0或E k ＝h ν－W 0. (2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k ＝1 2 mv 2. 4．光的波粒二象性 (1)波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性． (2)粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性． 5．物质波 (1)概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波． (2)物质波 任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝h p ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量． 易错判断 (1)光子说中的光子，指的是光电子．(×) (2)只要光足够强，照射时间足够长，就一定能发生光电效应．(×) (3)极限频率越大的金属材料逸出功越大．(√) 知识点2 α粒子散射实验与核式结构模型 1．实验现象
第三节康普顿效应及其解释 对应学生用书页码 1．用X射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波长会变长，这个现象称为康普顿效应。 2．按照经典电磁理论，散射前后光的频率不变，因而散射光的波长与入射光的波长相等，不应该出现波长变长的散射光。 3．光子不仅具有能量，其表达式为ε＝hν，还具有动量，其表达式为p＝h λ 。 4．一个光子与静止的电子(电子的速度相对光速而言可以忽略不计)发生弹性碰撞，光子把部分能量转移给了电子，能量由hν减小为hν′，因此频率减小，波长增大，同时光子还使电子获得一定的动量。 5．X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律。 对应学生用书页码 1. 用X射线照射物体时，散射出来的X射线的波长会变长的现象称为康普顿效应。 2．康普顿效应的经典解释 单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起受迫振动，向各方向辐射同频率的电磁波。 经典理论解释频率不变的一般散射可以，但对康普顿效应不能作出合理解释。 3．康普顿效应的光子理论解释 X射线为一些ε＝hν的光子，与自由电子发生完全弹性碰撞，电子获得一部分能量，
散射的光子能量减少，频率减小，波长变长。 (1)光的散射是光在介质中与物质微粒的相互作用，使光的传播方向发生改变的现象。 (2)散射光中也有与入射光有相同波长的射线，这是由于光子与原子碰撞，原子质量很大，光子碰撞后，能量不变，故散射光频率不变。 科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中( ) A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′ B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′ C．能量守恒，动量守恒，且λ<λ′ D．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′ 解析：能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界。 光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律。光子与电子碰撞前光子的能量ε＝hν＝h c λ ，当 光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量ε′＝hν′＝h c λ′ ，由ε>ε′，可知λ<λ′，选项C正确。 答案：C 对应学生用书页码 [例1] 频率为ν 光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射。散射后的光子( ) A．虽改变原来的运动方向，但频率保持不变 B．光子将从电子处获得能量，因而频率将增大 C．散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上，但方向相反 D．由于电子受到碰撞，散射后的光子频率低于入射光的频率 [解析] 能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，不仅适用于宏观世界也适用于微观世界。由于碰撞后光子偏离原来的运动方向，根据动量守恒可得散射后光子运动方向与电子运动方向一定不在同一直线上，选项C错。碰撞过程中光子把一部分能量转移给了电子，光子能量减小，由光子能量公式ε＝hν可知，光子频率减小，故选项A、B错D对。 [答案] D
X射线在医学上有着极为广泛的应用，通过影像学基础知识的学习或者说科普知识的了解，我们大致知道其中的一些原理，然而可能仍然是一种是事而非印象。近来饶有兴趣地学习原子物理学，对于其中的深层次的东西有所体会，写此文会对大家更深层次地去认识医学影像学和放射肿瘤学较有帮助。 1895年伦琴发现X射线，随后藉此获得第一届的诺贝尔物理学奖，此发现开始了近代物理学的新时期，关于伦琴发现X线的过程不赘述。简单说X射线产生的原理就是高速运动的电子突然受到物体的阻滞而产生的。加速（或减速）带电粒子能辐射出电磁波，这是经典电磁波的理论，因此当高速运动的电子在靶上突然受到阻滞时，就会产生电磁波，即X 射线。实际应用中的X线发生器就是用高速电子流撞击钨靶而产生的。 这其中有两个理论我们要搞清楚: (1) 经典电磁波理论与韧致辐射：经典的电磁波理论里面认为“加速（或减速）带电粒子能辐射出电磁波”。我们如何去理解这个现象？通过中学的物理知识我们知道麦克斯韦的电磁学理论认为电场能够产生磁场，磁场也能够产生电场。我们是否就可以认为这是电场产生磁场的一种方式？我个人认为这个理解肯定是不全面的。由于还没有去学习电磁学的相关知识，暂时是我的一个疑问。当带电粒子与原子（或原子核）相碰撞，发生骤然减速时，由此伴随产生的辐射称为韧致辐射(相反的，带电粒子加速运动时同样可以产生辐射，称为同步辐射，这种射线由于其独特性能也有着广泛的应用)，其强度反比于入射带电粒子质量平方，正比于靶物质核电荷的平方（为什么会这样？从核库仑力方面去理解）。由于这种骤然减速是在靶物质核库仑力作用下连续变化的，因此这种X线谱也是一种连续谱。医学、工业等方面应用的主要也就是这部分连续谱。 电子与靶物质碰撞时，除了产生辐射，还会发生弹性碰撞，这两种作用方式都会损失能量，碰撞就产生热量，二者之比为：碰撞损失/辐射损失=800Mev/T*Z。其中T代表的是电子的动能，Z代表的是靶物质的原子序数。因此我们显而易见地就明白了为什么会选择原子序数大的钨靶作为靶物质。 （2）X射线的本质：可能很多人至今仍然不了解X射线本质。X射线是核外电子产生的一种短波电磁辐射，波长一般在0.001nm到1nm。我就把它理解成是一种光（光也是电磁波的一种）。我们认识这个世界感到困惑的原因往往在于无法把一些常识性的东西联系起来。比如说我们如何去认识光？我们所肉眼能见的可见光其实是一种电磁波，它在电磁波谱上只占据非常狭小的一段。我们纵观整个电磁波谱，从长波长端（对应低频）看起，依次是：无线电射频、无线电广播、雷达波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。由此可见X射线和我们所肉眼能见的可见光性质是一样的。（为什么无线电使用的是较长波长的波？高中物理就学过） 光的波粒二象性 当在学习原子物理学时，我发觉越来越绕不开的就是如何去认识光的本质。在这里最重要的理论莫过于光的波粒二象性。关于光的本质在物理学史上争论了几百年，粒子论和波动论各自其说。感兴趣的可以自己查阅相关资料。光的波动性可以通过衍射、干涉、偏振等试验证实，不赘述。然而光的粒子性与原子物理学却密切相关。这里我认为最具有划时代意义的是普朗克的能量量子化假说，他的著名E=hv的公式设想能量是一种量子化地度量，即他认为能量是一份一份地整数倍传导的，意含一种不连续性。爱因斯坦把这个量子化的概念引入到光的本质的认识中去，提出光量子的概念，光子的能量E=hv。这里就不得不提他发现的光电效应。 光电效应 光电效应就是指光子与原子核的内层电子作用，将自己的全部能量传递给电子，使得
2019年高考人教版高三物理光电效应、光的波粒二象性练习题 一、选择题 1．当用一束紫外线照射装在原不带电的验电器金属球上的锌板时，发生了光电效应，这时发生的现象是[ ] A．验电器内的金属箔带正电 B．有电子从锌板上飞出来 C．有正离子从锌板上飞出来 D．锌板吸收空气中的正离子 2．一束绿光照射某金属发生了光电效应，对此，以下说法中正确的是[ ] A．若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变 B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加 C．若改用紫光照射，则逸出光电子的最大初动能增加 D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加 3．在光电效应实验中，如果需要增大光电子到达阳极时的速度，可采用哪种方法？[ ] A．增加光照时间 B．增大入射光的波长 C．增大入射光的强度 D．增大入射光频率 4．介质中某光子的能量是E，波长是λ，则此介质的折射率是[ ] A．λE/h B．λE/ch C．ch/λ E D．h/λ E
5．光在真空中的波长为λ，速度为c，普朗克常量h，现让光以入射角i由真空射入水中，折射角为r，则[ ] A．r＞i D．每个光子在水中能量为hc/λ 6．光电效应的四条规律中，波动说仅能解释的一条规律是[ ] A．入射光的频率必须大于或等于被照金属的极限频率才能产生光电效应 B．发生光电效应时，光电流的强度与人射光的强度成正比 C．光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 D．光电效应发生的时间极短，一般不超过10-9s 7．三种不同的入射光A、B、C分别射在三种不同的金属a、b、c表面，均恰能使金属中逸出光电子，若三种入射光的波长λA＞λB＞λC，则[ ] A．用入射光A照射金属b和c，金属b和c均可发出光电效应现象 B．用入射光A和B照射金属c，金属c可发生光电效应现象 C．用入射光C照射金属a与b，金属a、b均可发生光电效应现象 D．用入射光B和C照射金属a，均可使金属a发生光电效应现象 8．下列关于光子的说法中，正确的是[ ] A．在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子 B．光子的能量由光强决定，光强大，每份光子的能量一定大 C．光子的能量由光频率决定，其能量与它的频率成正比
高中精品试题 高中精品试题 光电效应与光的波粒二象性 说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ 卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟. 第Ⅰ卷（选择题共40分） 一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有 一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不 答的得0分. 1.下列关于光电效应的说法正确的是 （ ） A.若某材料的逸出功是W ，则它的极限频率h W v 0 B.光电子的初速度和照射光的频率成正比 C.光电子的最大初动能和照射光的频率成正比 D.光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大 解析：由光电效应方程k E =hv -W 知，B 、C 错误，D 正确.若k E =0，得极限频率0v =h W ,故A 正确. 答案AD 2.在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是 （ ） A.光的折射现象、偏振现象 B.光的反射现象、干涉现象 C.光的衍射现象、色散现象 D.光电效应现象、康普顿效应 解析：本题考查光的性质. 干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应现象和康普顿效应都是光的粒 子性的表现，D 正确. 答案D 3.关于光的波粒二象性的理解正确的是 （ ） A.大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性 B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子 C.高频光是粒子，低频光是波 D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著 解析：根据光的波粒二象性知，A 、D 正确，B 、C 错误. 答案AD 4.当具有 5.0 eV 能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初 动能是1.5 eV.为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为 （ ） A.1.5 eV B.3.5 eV