(2021年整理)光電效應(yīng)的三個疑點辨析

1、光電效應(yīng)的三個疑點辨析光電效應(yīng)的三個疑點辨析 編輯整理：尊敬的讀者朋友們：這里是精品文檔編輯中心，本文檔內(nèi)容是由我和我的同事精心編輯整理后發(fā)布的，發(fā)布之前我們對文中內(nèi)容進行仔細校對，但是難免會有疏漏的地方，但是任然希望（光電效應(yīng)的三個疑點辨析）的內(nèi)容能夠給您的工作和學(xué)習(xí)帶來便利。同時也真誠的希望收到您的建議和反饋，這將是我們進步的源泉，前進的動力。本文可編輯可修改，如果覺得對您有幫助請收藏以便隨時查閱，最后祝您生活愉快 業(yè)績進步，以下為光電效應(yīng)的三個疑點辨析的全部內(nèi)容。光電效應(yīng)的三個疑點辨析湖北省恩施高中 陳恩譜一、光電效應(yīng)方程中為什么不考慮電子熱運動能量人教版物理 選修352010年4月第3

2、版第32頁“表1 幾種金屬的逸出功和極限頻率”下有一段文字:“若電子吸收的能量與原有的熱運動能量之和超過逸出功,電子就從表面逸出”，但是在第33頁介紹的愛因斯坦光電效應(yīng)方程中，卻沒有電子熱運動能量這一項，而只考慮了電子吸收的光子的能量。課文前后矛盾嗎？或者說電子熱運動能量在光電效應(yīng)中需要考慮嗎?其實，課本第32頁右下角有一個旁批：“常溫下金屬中電子的熱運動能量約為4102ev，比產(chǎn)生光電效應(yīng)的光子能量hv（約75ev）小得多,可以忽略”，已經(jīng)對上述疑問進行了很好的解釋。常溫下，金屬中電子熱運動的速率的數(shù)量級為105m/s，很容易計算得知電子熱運動動能的數(shù)量級為10-2ev，而通常光電效應(yīng)所需光

3、子最小能量(逸出功)的數(shù)量級為100101ev，遠大于電子熱運動動能，因此,常溫下的確不需要考慮電子熱運動能量。不過，當(dāng)金屬的溫度很高時（通以強電流),比如高達1000攝氏度以上時(鎢絲工作溫度為2500k）,電子熱運動的動能就會增大到超過逸出功,從而從金屬表面逸出,形成所謂熱電子.這就是熱電子槍的工作基礎(chǔ)。二、光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)有什么區(qū)別1、電子狀態(tài)的區(qū)別在光電效應(yīng)中,電子處于束縛狀態(tài)，需要考慮金屬對電子的束縛作用（逸出功）,但是康普頓效應(yīng)中明顯沒有考慮金屬對電子的束縛作用，而是把電子當(dāng)做靜止的自由電子。那么，為什么會存在這個區(qū)別呢？其實，光電效應(yīng)中，光源采用的是普通光源或者紫外光光源，光

4、子能量的數(shù)量級在100101ev內(nèi)，這和電子逸出金屬表面所需要的能量在一個數(shù)量級,因此，必須考慮金屬對電子的束縛作用。但是,康普頓效應(yīng)中,所用光源為x射線源,x射線光子能量達104ev數(shù)量級,遠大于金屬的逸出功和電子熱運動能量，因此完全不必考慮金屬對電子的束縛作用和電子的熱運動能量，而可以把金屬外層電子當(dāng)做自由電子來處理。2、光子能量可以分割嗎人教版物理 選修3-52010年4月第3版第32頁介紹說，愛因斯坦認為,光子的能量是不可分割的，因此，當(dāng)入射光子的能量超過金屬逸出功時，光子能量就被電子整個的吸收，電子立即獲得足夠的能量，就能立即從金屬表面逸出.但是在康普頓效應(yīng)中，入射光子與自由電子“碰

5、撞”后，散射出來的光子的波長變長了,乍一看來,似乎光子的能量、動量在與電子“碰撞”過程中部分的分給了電子，剩余部分自己帶走光子能量是可以分割的！這與愛因斯坦的觀點不是相沖突嗎？其實，課本并沒有做出或暗示上述結(jié)論,這個疑問的產(chǎn)生，是因為將光子與電子相互作用過程，不恰當(dāng)?shù)念惐茸狼颉芭鲎病睂?dǎo)致的。稍微思考一下就會發(fā)現(xiàn),散射光子與入射光子已經(jīng)是不同的光子波長、頻率都發(fā)生變化了！實際上，光子與自由電子“碰撞過程，經(jīng)歷了吸收和發(fā)射兩個過程-首先是入射光子被電子吸收，然后被激發(fā)的電子再釋放出一個新的光子.康普頓效應(yīng)的全過程可以用費因曼圖表示為如下圖所示：三、光電效應(yīng)中入射光頻率是否必須大于截止頻率課本上敘述

6、的光電效應(yīng)的實驗規(guī)律，其實是在普通光源照射下得到的實驗規(guī)律,這種情況下，光照強度并不大，可以認為在電子尺度來看，光子太過于稀疏，電子同時吸收多個光子的可能性極低，如果電子吸收的光子能量小于逸出功而無法逸出，就會自發(fā)的躍遷到低能級,而把光子能量又釋放出來，因此幾乎無法觀察到多光子光電效應(yīng)。因此，普通光源照射金屬材料時，必須要求入射光子能量超過金屬的逸出功，即入射光頻率必須超過金屬的截止頻率。但是，若采用強激光照射金屬材料，由于光子密度足夠大，電子幾乎可以同時吸收多個光子，這樣，即使入射光的頻率低于金屬的截止頻率，電子吸收的多個光子的總能量也可能超過金屬的逸出功，從而發(fā)生多光子光電效應(yīng)。因此，入射光頻率超過金屬的截