多选题
以下关于光电效应的叙述正确的是()。
A
A、光电效应发生几率随光子能量的增大而减小
B
B、光电效应发生几率随材料的原子序数增大而增大
C
C、光电效应过程中除产生光电子外,有时还会产生反冲电子
D
D、光电效应发射出的电子的能量肯定小于入射光子的能量
答案解析
正确答案:ABD
解析:
光电效应是指光子与物质原子中的束缚电子相互作用,光子将全部能量传递给电子,使电子脱离原子束缚成为光电子,而光子本身消失的过程。我们可以根据光电效应的物理机制和截面公式来逐一分析各个选项:
**1. 分析选项 A:光电效应发生几率随光子能量的增大而减小**
光电效应的截面(即发生几率)$\tau$ 与入射光子能量 $h\nu$ 的关系大致遵循 $\tau \propto (h\nu)^{-3}$ 到 $\tau \propto (h\nu)^{-3.5}$ 的规律(具体指数取决于能量范围)。这意味着随着光子能量的增加,光电效应发生的概率迅速下降。在低能区,光电效应是主要的相互作用方式;而在高能区,康普顿效应和电子对效应逐渐占据主导。因此,**选项 A 叙述正确**。
**2. 分析选项 B:光电效应发生几率随材料的原子序数增大而增大**
光电效应的截面 $\tau$ 与吸收物质的原子序数 $Z$ 的关系大致遵循 $\tau \propto Z^4$ 到 $\tau \propto Z^5$ 的规律。这表明原子序数越大的材料,其内层电子结合得越紧密,且核电荷对电子的束缚作用更强,从而使得光电效应更容易发生。这也是为什么铅(高 $Z$)常被用作屏蔽低能伽马射线的原因。因此,**选项 B 叙述正确**。
**3. 分析选项 C:光电效应过程中除产生光电子外,有时还会产生反冲电子**
这是一个常见的混淆点。“反冲电子”通常特指**康普顿效应**中,光子与自由电子或弱束缚电子发生非弹性散射后,获得部分能量并反冲出来的电子。
在**光电效应**中,光子被完全吸收,能量全部转移给束缚电子,该电子被称为**光电子**。虽然原子核也会因为动量守恒获得极小的反冲动量,但在辐射物理的标准术语中,光电效应产生的电子称为光电子,不称为反冲电子。反冲电子是康普顿效应的特征产物。因此,**选项 C 叙述错误**。
**4. 分析选项 D:光电效应发射出的电子的能量肯定小于入射光子的能量**
根据能量守恒定律,在光电效应中,入射光子的能量 $h\nu$ 一部分用于克服电子的结合能(逸出功)$W$(或电离能 $E_b$),剩余的部分转化为光电子的动能 $E_k$。
公式为:$E_k = h\nu - E_b$。
由于电子在原子中总是具有一定的结合能($E_b > 0$),所以光电子的动能 $E_k$ 必然小于入射光子的能量 $h\nu$。因此,**选项 D 叙述正确**。
**总结:**
* A 正确:几率随能量增大而减小。
* B 正确:几率随原子序数增大而增大。
* C 错误:光电效应产生光电子,康普顿效应产生反冲电子。
* D 正确:光电子动能 = 光子能量 - 结合能,故小于光子能量。
综上所述,正确的选项是 **A、B、D**。
答案:**ABD**
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