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光电效应实验现象
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当单色光照射到金属表面上，发生下列现象：
发射光电子依赖频率, 与光强无关。若有光电子发射，光频率必须
大于某一值，即有一个最低频率νmin。
B. 当照射光的频率ν＞νmin时，发射出的光电子的动能与光强无关。
光电效应实验现象：1887 赫兹发现的
GD为光电管，光通过石英窗口照射阴极K，光电子从阴极表面逸。
光电子在电场加速下向阳极A运动，
形成光电流。
实验装置：
光电效应实验现象
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按照光的电磁理论：
光的能量只取决于光强而与频率无关。当光强增加时，光波中的电场
振幅增大，加速电子达到较高的速度和较大的动能，从而离开金属。
光强愈强，发射的电子动能愈大，而能有光电子产生，并不需要大于
截止频率，即与频率无关。
所以，经典物理学理论得到结论与实验事实截然相反。
Einstein 为了解释光电效应现象，1905年提出了“光量子”假设，建立
光电效应方程。
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Einstein 光量子假设（1905）
1、光子的概念：一束单色光由辐射能量大小为ε=hν的光子组成，
即假设光与物质粒子交换能量时，是以“微粒”形式出现的，这种
“微粒”带有能量ε=hν。
2、光子的动能与波长的关系：p= ε/c=hν/c=h/λ，光子运动方向
与光波的传播方向一致。
注意: 光子的静止质量为0。
h这个常数在光子假设中起着至关重要的作用，是微观粒子量子化的特征。
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密立根 1915 利用光电效应实验精确地测定普朗克常数
h = 6.56 10-34 Js
与当时用其他方法测得的符合得相当好。当时这是对爱因斯坦光子假设的极大支持。
密立根
1923年诺贝尔物理学奖
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Einstein对光电效应实验的解释
当金属受到频率为ν的单色光照射时，金属中的自由电子可吸收到光子，
获得能量hν。电子要飞离金属，必须克服金属的吸引而作功W0(逸出功),
故飞出去的光电子的动能为（光电效应方程）
式中W0----电子在金属中的脱出功
由光电效应方程可知：
1、截止频率
由于电子吸收两个光子的几率几乎为零，故电子要想飞离金属，则
至少动能为零
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2、光电子的动能完全由逸出功W0（金属性质决定）和入射光的频率ν
决定，而与光强无关。
3、光电子的数目则与入射光强度成正比，即和入射光子的总数成正比。
结论：光电效应实验证明光具有粒子性。
爱因斯坦于1921年，为此获诺贝尔物理奖。
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普朗克是这个杂志的主编，他对爱因斯坦的工作给予了高度的评价。
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康普顿散射效应
Compton实验：光在自由电子上的散射，或称光子和自由电子的碰撞。
实验发现：高频的单色X射线被轻元素中的电子散射后，散射的X射线的
波长随散射角的增大而增大，即
经典电动力学观点：电磁波被散射后波长不变。所以，康普顿效应经典物
理学无法解释。
康普顿引入“光子”的概念并利用相对论力学对散射过程进行成功的理论
解释。具体如下：
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设入射X射线的波长为λ，散射后的X射线波长为λ’; 则它们的能量和
动量分别为
电子散射前静止, 动量为0, 能量为mec2；散射后的能量和动量分别为
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光子与电子的碰撞过程如图：
--电子反冲角
--X射线散射角
散射前后能量和动量守恒：
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由 (1)2 - c× (2)2 得

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