使用TRIPOLI4模拟康普顿效应及其反应截面

光电效应与康普顿效应比较

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

光电效应及其应用

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

大学物理练习题 光电效应 康普顿效应

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

2017粤教版高中物理选修2223《光子康普顿效应及其解释》一课三练

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

逆康普顿效应

逆康普顿效应 inverse Compton effect 低能光子和高能电子相碰撞获得能量而变成高能光子的一种散射现象。（关键是物理图像是什么样的？？） 光子和低能电子碰撞,光子的能量减小,波长增大,称为"波普顿效应".如果光子和运动的速度非常接近光速的高能电子相撞,光子的能量便不是减小,而是增加,波长变短,这称为"逆康普顿效应",所产生的辐射,称为"逆康普顿辐射". 《Open Question：是低能光子接受高能电子的能量而变为高能光子，还是高能电子由于受到光场的作用而减速发射的轫致辐射光子？？？》 高能电子与低能光子相碰撞而使低能光子获得能量的一种散射过程。康普顿在 1922～1923年研究X射线被电子散射时发现X射线波长会增长﹐这种现象称为康普顿散射。这是高能光子 (X射线﹑γ射线)与静止或近似静止电子相碰撞导致高能光子损失能量的一种散射现象。逆康普顿散射和康普顿散射一样﹐都是光子与自由电子之间的一种弹性散射过程﹐只是能量传递方向正好相反。前者能量从电子传递给光子﹐后者从光子传递给电子。 在宇宙空间和天体中﹐普遍存在各种各样的低能光子﹐诸如射电光子﹑星光光子﹑微波背景光子﹔在高能天体附近和宇宙射线中﹐又经常存在高能电子。因此﹐逆康普顿散射在天体物理问题中具有重要意义。由于逆康普顿散射的作用﹐低能光子获得能量而变成高能光子﹐这是宇宙X射线的来源之一。在一般条件 [E (mc )]下﹐光子能量约可提高γ倍﹐这里m 为电子静止质量﹔c 为真空中的光速﹔E 和分别为散射前高能电子和低能光子的能量﹐而γ=E /mc 。逆康普顿散射作用的另一结果是﹐高能电子损耗能量而变成低能电子﹐丧失其作为高能电子的功能﹐因而逆康普顿散射可看作是一种与其他高能电子过程(尤其是同步加速辐射过程)的竞争机制。这种竞争可用同步加速辐射能耗率与逆康普顿散射能耗率之比来表达。低能光子场能密度愈大﹐逆康普顿散射就愈频繁﹐提供给同步加速辐射的能量也就愈少。（Laser光场！）

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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

光电效应与康普顿效应的区别

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

光电子器件笔记

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

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

2019_2020学年高中物理课时分层作业6康普顿效应及其解释(含解析)粤教版

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(含解析)

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

高中物理第二章波粒二象性第三节康普顿效应及其解释教学案粤教版选修3_5

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射线的产生、光电效应及其康普顿效应

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

第三节康普顿效应及其解释(精)

第三节康普顿效应及其解释 基础知识 1．用X射线照射物体时，散射出的X射线的波长会，这个现象称为． 2．康普顿效应再次证明了爱因斯坦光子假说的，它不仅证明了光子具有能量，同时还证明了光子具有． 典型例题 λ=1埃的光子做康普顿实验．求： 例1用波长 (1)散射角?=90°的康普顿散射波长是多少? (2)分配给这个反冲电子的动能是多大? 答案：(1)1.024×10-10 m (2)291 eV 例2在康普顿散射中，入射光子波长为0.03 ?，反冲电子的速度为0.6c，求散射光子的波长及散射角． 答案：0．043? 62．3° 基础练习 1．用强度为I、波长为λ的X射线(伦琴射线)分别照射锂(z=3)和铁(z=26)，若在同一散射角下测得康普顿散射的X射线波长分别为和Fe(、>λ)，它们对应的强度分别为I 和I ,则 ( ) A．λLi>λFe，λLi <λFe B．λLi=λFe，λLi=λFe C．λLi=λFe，λLi >λFe D．λLi<λFe，λLi >λFe 2．已知x光子的能量为0.6 MeV，在康普顿散射后，波长变化了20％，求反冲电子的能量。 3．波长为0.708A的x射线在石蜡上受到康普顿散射，求在90°和l80°方向上所散射的x射线波长各是多少? 4．X射线散射后波长会改变，是由于X射线光子和物质中电子的结果． 能力测试 5现有(1)波长为4 000 A的可见光；(2)波长为1 A的X射线束；(3)波长为1．88×10-2 A的γ射线束与自由电子碰撞，如从与入射角成90°角的方向去观察散射辐射，问每种情况下 (a)康普顿波长改变多少? (b)该波长改变与原波长的比值为多少? 1

新课标粤教版3-5选修三2.3《康普顿效应及其解释》WORD教案2

第二章波粒二象性 第三节 康普顿效应及其解释 学案 【学习目标】 （1）了解什么是康普顿效应。 （2）知道光子是具有动量的，并了解光子动量的表达式。 （3）了解康普顿效应用光的电磁理论解释遇到的困难，了解康普顿是如何解释康普顿效应的。 【学习重点】 康普顿效应及其解释 【自主学习】 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 ，这个现象称为康普顿效应。 2、按经典电磁理论，散射前后光的频率 ，因而散射光的波长与入射光的波长 ，不应该出现波长 的散射光。 3、光子不仅具有能量，其表达式为 ，还具有 ，其表达式为 。 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h ν减小为h ν’，因此频率 ，波长 ，同时光子还使电子获得一定的 。 5、X 射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守 定律和 定律。 【知识要点】 康普顿效应 （1）光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用， 因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。 （2）康普顿效应 1923年康普顿在做 X 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，还有比入射线波长更长的射线，其波长 的改变量与散射角有关，而与入射线波长和散射 物质都无关。 例题1：频率为v 的光子，具有的能量为hv ，将这个光子打在处于静止状态的电子上，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 （3）康普顿散射的实验装置与规律： 按经典电磁理论：如果入射X 光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！散射中出现0λλ≠的现象，称为康普顿散射。 康普顿散射曲线的特点：

光电效应和康普顿效应的微观本质差异

第23卷　第1期2004年3月 延安大学学报(自然科学版) Journal of Y anan U niver sity(N atur al Science Editio n) V ol.23　N o.1 M ar ch.2004 光电效应和康普顿效应的微观本质差异 张　贞,杨延宁,李富星 (延安大学计算中心,陕西延安716000) 摘　要:分析了光电效应和康普顿效应的产生条件,提出光电效应和康普顿效应在微观本质上的差异,并给出康普顿效应的理论解释。 关键词:光电效应;康普顿效应;光量子;散射 中图分类号:O431 文献标识码:A 文章编号:1004-602X(2004)01-0030-03 1　概述 当频率为 的光子从原子旁边掠过时,光子与原子发生相互作用的过程称为光子与原子的碰撞。在这种过程中,由于作用的形式及产生的后果不同,可以有诸多现象出现,其最主要的有: 光子继续按原来的方式运动,就好象没有原子那儿存在一样,而原子也不受任何扰动; 产生光电效应,光子的能量h被原子吸收,转移给某个电子,使该电子脱离原子的束缚(从原子中电离),形成一个自由电子和一个正离子; 产生康普顿效应,在该效应中,光子被原子内较松散的外层电子所散射,光子失掉一部分能量变为电子的反冲动能,散射光子的频率减小,由于原子核对外层电子束缚得很松,可把原子的外层电子看作自由电子。 除此之外,光子与原子的相互作用,还可能会产生其它一些更复杂的现象,例如,光子可能被原子核散射(核致康普顿效应)、吸收使核分裂(核的光电效应);光子在核场作用下可能湮灭,其能量转化为电子和正电子的能量(电子偶的产生);若光子的能量恰被原子吸收而使得这个原子发射出若干个电子,则会出现种种复杂的现象,与光电效应类似(称为光致俄歇效应)等等,这里列举的只是很少一部分最可能出现的效应,光子从原子旁掠过,还会出现其它的过程。本文只讨论光电效应和康普顿效应。 在现行光学教程[1][2][3]]中,将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h ,而且还具有一定的动量h / c。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。但在现行光学教材中,均没有深入讨论两种效应在微观本质上的差异。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,在微观本质上探讨光电效应和康普顿效应的差异。 2　光电效应和康普顿效应的产生条件 光与物质相互作用时,可能出现许多现象,但按照量子力学,我们无法确切地预言这许多现象中到底哪一种实际会发生,只能给出各种现象可能出现的几率。这主要由于光子、原子等微观粒子具有波粒二象性。如果我们想要指明一个光子的位置,就无法同时指明它在该位置时的速度和动能(即受测不准原理限制)。我们能说明的仅仅是每一种现象可能出现的几率,而对于任何单个的光子,我们永远也不能确切地预言它在与原子碰撞时究竟会产生那种现象。虽然如此,但这并不是说就不能选择某种条件,使某种现象如光电效应成为主要过程,或者选择其它条件使康普顿效应成为主要过程。实验表明,光电效应和康普顿效应发生的几率,主要由光子的能量来确定。有人用实验得出如下结果[4]: 分别使用1000个光子穿过0.1mm厚的铝箔和铅箔时,平均来说将发生什么效应。如果以能量为300KeV的1000个光子通过0.1mm厚的铅箔时,平均只有9～10个光子将产生康普顿效应、约有35 收稿日期:200304 作者简介:张贞(1956延安大学副教授。

第二节 光电效应及器件

光照射在物体上可以看成是一连串的具有一定能量的光子轰击这些物体的表面；光子与物体之间的联接体是电子。所谓光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。光电效应可分成外光电效应和内光电效应两类。 一．外光电效应(External photoelectric effect) 在光的照射下，使电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外光电效应。 根据爱因斯坦假设：一个电子只能接受一个光子的能量。因此要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子能量ε大于该物体的表面逸出功A。各种不同的材料具有不同的逸出功A，因此对某特定材料而言，将有一个频率限νo(或波长限λo)，称为“红限”。当入射光的频率低于νo时(或波长大于λo)，不论入射光有多强，也不能激发电子；当入射频率高于νo时，不管它多么微弱也会使被照射的物体激发电子，光越强则激发出的电子数目越多。红限波长可用下式求得： (8-2) 式中. c——光速。 外光电效应从光开始照射至金属释放电子几乎在瞬间发生，所需时间不超过10-9s。基于外光电效应原理工作的光电器件有光电管和光电倍增管。 图8.3 光电管图8.4 光电管受光照发射电子光电管种类很多，它是个装有光阴极和阳极的真空玻璃管，结构如图8.3 与电源连接在管内形成电场。光电管的阴极受到适当所示。图8.4阳极通过R L 的照射后便发射光电子，这些光电子在电场作用下被具有一定电位的阳极吸

引，在光电管内形成空间电子流。电阻R 上产生的电压降正比于空间电流，其 L 值与照射在光电管阴极上的光成函数关系。如果在玻璃管内充入惰性气体(如氩、氖等)即构成充气光电管。由于光电子流对惰性气体进行轰击，使其电离，产生更多的自由电子，从而提高光电变换的灵敏度。 光电倍增管的结构如8.5所示。在玻璃管内除装有光电阴极和光电阳极外，尚装有若干个光电倍增极。光电倍增极上涂有在电子轰击下能发射更多电子的材料。光电倍增极的形状及位置设置得正好能使前一级倍增极发射的电子继续轰击后一级倍增极。在每个倍增极间均依次增大加速电压。设每级的培增率为δ，图8.5 光电倍增管 若有n级，则光电倍增管的光电流倍增率将为δn。 二.内光电效应(Internal photoelectric effect) 光照射在半导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，通过禁带跃入导带，使导带内电子浓度和价带内空穴增多，即激发出光生电子-空穴对，从而使半导体材料产生电效应。光子能量必须大于材料的禁带宽度ΔE 才能产 g (nm)。通常纯生内光电效应。由此可得内光电效应的临界波长λo=1293/ΔE g 净半导体的禁带宽度为1eV左右。 内光电效应按其工作原理可分为两种：光电导效应和光生伏特效应。 1.光电导效应 半导体受到光照时会产生光生电子－空穴对(electron-hole pairs)，使导电性能增强，光线愈强，阻值愈低。这种光照后电阻率变化的现象称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻和反向偏置工作的光敏二极管与三极管。 (1)光敏电阻(photo resistors)光敏电阻是图8.6 光敏电阻的工作原理 一种电阻器件，其工作原理如图8.6所示。使用时，可加直流偏压(无固定