光电效应光的波粒二相性.ppt

光电效应（photoelectric effect） ：光照射某些金属时，能从表面释放出电子的效应。,光电效应引起的现象是赫兹在1887年发现的，当1896年J.J.汤姆孙发现了电子之后，勒纳德才证明所发出的带电粒子是电子。,当普朗克还在寻找他的能量子的经典理论的根源时，爱因斯坦却大大发展了能量子的概念。,光电效应 爱因斯坦光子假说,一 光电效应实验的规律,（1）实验装置,光照射至金属表面, 电子从金属表面逸出, 称其为光电子.,（2）实验规律,截止频率（红限）,仅当 才发生光电效应，截止频率与材料有关与光强无关 .,遏止电压,遏止电势差与入射光频率具有线性关系.,当光照射到金属表面上时，几乎立即就有光电子逸出.迟滞时间不超过 10-9 s,伏安特性曲线,iS3,iS1,iS2,I1,I2,I3,-U0,U,i,I1I2I3,饱和光电流,（光强）,遏止电压 与光强无关,遏止电压与频率关系曲线,0,瞬时性,经典物理与实验规律的矛盾,电子在电磁波作用下作受迫振动，直到获得足够能量(与 光强 I 有关) 逸出，不应存在红限 0 。,当光强很小时，电子要逸出，必须经较长时间的能量积累。,只有光的频率 0 时，电子才会逸出。,逸出光电子的多少取决于光强 I 。,光电子即时发射，滞后时间不超过 109 秒。,总结,光电子最大初动能和光频率 成线性关系。,光电子最大初动能取决于光强，和光的频率 无关。,二 爱因斯坦光子假说和光电效应方程,（1） “光量子”假设（1905）,光子的能量为,（2） 解释实验,对同一种金属， 一定， ，与光强无关,逸出功与材料有关,光是光子流,光强,逸出功,光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电子数目 越多，光电流越大.（ 时）,光子射至金属表面，一个光子携带的能量 将一 次 性被一个电子吸收，若 ，电子立即逸出， 无 需时间积累（瞬时性）.,光强,（3） 的测定,爱因斯坦方程,光量子假设解释了光电效应的全部实验规律！,但是光量子理论在当时并未被物理学界接受，普朗克在推荐爱因斯坦为柏林科学院院士时说 “ 光量子假设可能是走得太远了。”,1916年密立根（R.A.Milikan）做了精确的光电效应实验，利用U0 的直线斜率K，定出h = 6.5610-34J.s。这和当时用其他方法定出的h符合得很好。从而进一步证实了爱因斯坦的光子理论。,尽管如此，密立根还是认为光子理论是完全站不住脚的。 可见，一个新思想要被人们接受是相当困难的。,密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位，获得1923年诺贝尔物理学奖,1868 1953,爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献， 获得1921年诺贝尔物理学奖,1879 1955,三 光电效应在近代技术中的应用,光控继电器、自动控制、 自动计数、自动报警等.,光电倍增管,测量波长在 2001200 nm 极微弱光的功率,光电倍增管: (微光)夜视仪,例 波长 =4.0×10-7m的单色光照射到金属铯上，求铯所释放的光电子最大初速度。,利用关系,代入已知数据,解：铯原子红限频率 = 4.8×1014 Hz，据爱因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能：,解 （1）,（2）,（3）,例 当照射光的波长从4000Å变到3000Å时，对同一金属，在光电效应实验中测得的遏止电压将：,（A）减少0.56V （B）增大0.165V （C）减少0.34V （D）增大1.035V,普朗克常数,基本电荷,解：, D ,例 设用频率为1和2两种单色光，先后照射同一种金属均能产生光电效应。已知该金属的红限频率为0 ，测得两次照射时的遏止电压，,则这两种单色光的频率有如下关系：, C ,解：,例 光电效应中发射的光电子初动能随入射光频率的变化关系如图所示。由图中的 可以直接求出普朗克常量。,（A）OQ （B）OP （C）OP/OQ （D）QS/OS,解：, C ,例 钾的光电效应红限为0= 6.210-7m，求（1）电子的逸出功；（2）在波长为3.0 10-7m的紫外线照射下，遏止电压为多少？（3）电子的初速度为多少？,解：,四 光的波粒二象性,（2）粒子性： （光电效应等）,（1）波动性： 光的干涉和衍射,、 分别为光子的质量和动量。,光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性.,光在传播过程中，波动性表现比较显著：干涉、衍射、偏振； 当光与物质相互作用时，粒子性表现比较显著：辐射、光电效应、康普顿效应。,