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浅议光电效应和康普顿效应的异同

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浅议光电效应和康普顿效应的异同

作者:顾家国

来源:《中学物理·高中》2014年第02期

近代物理证明,光除了具有波动性之外,还具有粒子性.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,两者具有一些共性,但还存在着重要的不同.

1光电效应与康普顿效应不同之处

1.1光电效应与康普顿效应实验现象不同

光电效应:当光照射到金属或半导体材料表面上时,如果入射光的频率超过某一数值时,金属或半导体材料表面就有明显的电子发射出来,逸出的电子称为光电子,这种现象称为光电效应.

1.2光电效应与康普顿效应产生条件不同

光电效应:能量较低的光子与物质碰撞时,光子整个地被物质所吸收,光子的全部能量被物质原子中的核外电子吸收,电子把所得到的能量,一部分用于克服原子核对它的约束,剩下的能量就作为电子的动能飞出物质表面,产生光电效应.因此,产生光电效应的条件是入射光

子的能量较低,其能量和金属的逸出功在同一数量级上,即几个电子伏特的能量,在可见光和紫外区,就能观察到明显的光电效应.

康普顿效应:一个具有足够能量的入射光子打到原子中的一个电子时,可能发生入射光子和电子之间发生的相互作用,好像两个小球之间的弹性碰撞,产生散射,碰撞后散射光子的波长变长,产生康普顿效应.产生康普顿效应的条件是光子的能量较大,一般达到是几千电子伏

特到近数万电子伏特.能量较高的X射线和能量较低的γ射线照射到物质上时,可以观察到较为明显的康普顿效应,当然也能观察到光电效应.

当光子能量增加到百万电子伏特以上时,它从原子核旁边经过时,在核库仑场作用下,辐射光子可能转化成一个正电子和一个负电子,这种现象称作电子对效应.这种情况下会同时发

生光电效应、康普顿效应和电子对效应,电子对效应占主导地位.当然三种效应发生的比重跟

元素的原子序数相关很大.

1.3光电效应与康普顿效应中,电子对光子能量的吸收程度不同

在光电效应中,一个受束缚的电子会完全吸收一个光子的能量,然后克服金属对它的束缚作用,从金属表面逸出,原来的光子消失.