光電效應光的波粒二象性

1、物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應光電效應 光的波粒二象性光的波粒二象性一一 光電效應實驗的規(guī)律光電效應實驗的規(guī)律VA（1）實驗裝置實驗裝置 光照射至金屬表面光照射至金屬表面, 電子從金電子從金屬表面逸出屬表面逸出, 稱其為稱其為光電子光電子.（2）實驗規(guī)律實驗規(guī)律 截止頻率（紅限）截止頻率（紅限）0 幾種純幾種純金屬的金屬的截截止止頻率頻率0 僅當僅當 才發(fā)生光電效應，才發(fā)生光電效應，截止頻率與截止頻率與材料有關材料有關與與光強無關光強無關 . .金屬金屬截止頻率截止頻率Hz10/1404.545 4.398.065 11.

2、53銫銫 鈉鈉 鋅鋅 銥銥 鉑鉑 19.29物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應光電效應 光的波粒二象性光的波粒二象性1I2Iim1im2io0UU12II 電流飽和值電流飽和值mi 遏止電壓遏止電壓0U 瞬時性瞬時性 遏止電勢差與入射光頻率遏止電勢差與入射光頻率具有線性關系具有線性關系.maxk0EeU 當光照射到金屬表面上時，當光照射到金屬表面上時，幾乎立即就有光電子逸出幾乎立即就有光電子逸出（光強）（光強）Ii m遏止電壓遏止電壓 與光強無關與光強無關0U0U0銫銫 鋅鋅 鉑鉑物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六

3、章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應光電效應 光的波粒二象性光的波粒二象性 按經典理論，電子逸出金屬所需的能量，需要有按經典理論，電子逸出金屬所需的能量，需要有一定的時間來積累，一直積累到足以使電子逸出金屬一定的時間來積累，一直積累到足以使電子逸出金屬表面為止表面為止. .與實驗結果不符與實驗結果不符 . .（3 3）經典理論遇到的困難經典理論遇到的困難 紅限問題紅限問題 瞬時性問題瞬時性問題 按經典理論按經典理論, ,無論何種頻率的入射光無論何種頻率的入射光, ,只要其強度只要其強度足夠大，就能使電子具有足夠的能量逸出金屬足夠大，就能使電子具有足夠的能量逸出金屬 . .與

4、實與實驗結果不符驗結果不符. . 物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應光電效應 光的波粒二象性光的波粒二象性二二 光子光子 愛因斯坦方程愛因斯坦方程（1） “光量子光量子”假設假設h光子的能量為光子的能量為（2） 解釋實驗解釋實驗愛因斯坦方程愛因斯坦方程Wmh221v 逸出功與逸出功與材料有關材料有關 對同一種金屬，對同一種金屬， 一定，一定， ，與光強無關，與光強無關kEW幾種金屬的逸出功幾種金屬的逸出功金屬金屬鈉鈉 鋁鋁 鋅鋅 銅銅 銀銀 鉑鉑eV/W1.90 2.462.50 3. 603.32 3.574.10 4.50

5、4.56 4.736.30物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應光電效應 光的波粒二象性光的波粒二象性 逸出功逸出功0hW 愛因斯坦方程愛因斯坦方程Wmh221vhW0產生光電效應條件條件產生光電效應條件條件（截止頻率）（截止頻率） 光強越大，光子數(shù)目越多，即單位時間內產生光電光強越大，光子數(shù)目越多，即單位時間內產生光電 子數(shù)目越多，光電流越大子數(shù)目越多，光電流越大.（ 時）時）0 光子射至金屬表面，一個光子攜帶的能量光子射至金屬表面，一個光子攜帶的能量 將一將一 次性被一個電子吸收，若次性被一個電子吸收，若 ，電子立即逸出，電子

6、立即逸出， 無需時間積累（無需時間積累（瞬時瞬時性）性）.h0物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應光電效應 光的波粒二象性光的波粒二象性WeUh0eWehU0ehU0eUh0（3） 的測定的測定h愛因斯坦方程愛因斯坦方程Wmh221v0U0遏止電勢差和入射光遏止電勢差和入射光頻率的關系頻率的關系物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應光電效應 光的波粒二象性光的波粒二象性 例例 設有一半徑為設有一半徑為 的薄圓片，它距的薄圓片，它距光源光源1.0m . 此光源的功率為

7、此光源的功率為1W，發(fā)射波長為發(fā)射波長為589nm的單色光的單色光 . 假定光源向各個方向發(fā)射的能量是相同假定光源向各個方向發(fā)射的能量是相同的，試計算在單位時間內落在薄圓片上的光子數(shù)的，試計算在單位時間內落在薄圓片上的光子數(shù) .m100 . 13解解2623m10)m100 . 1 (S172sJ105 . 24rSPE111s104 . 7hcEhEN物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應光電效應 光的波粒二象性光的波粒二象性* * 三三 光電效應在近代技術中的應用光電效應在近代技術中的應用光控繼電器、自動控制、光控繼電器、自動

8、控制、自動計數(shù)、自動報警等自動計數(shù)、自動報警等. .光電倍增管光電倍增管放大器放大器接控件機構接控件機構光光光控繼電器示意圖光控繼電器示意圖物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應光電效應 光的波粒二象性光的波粒二象性四四 光的波粒二象性光的波粒二象性hE hp 描述光的描述光的 粒子性粒子性 描述光的描述光的 波動性波動性hchcEppcEE,00 光子光子 20222EcpE 相對論能量和動量關系相對論能量和動量關系（2 2）粒子性：粒子性： （和物質相互作用時）（和物質相互作用時）hE （1 1）波動性：光的干涉和衍射（傳播時）波動性：光的干涉和衍射（傳播時）物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應光電效應 光的波粒二象性光的波粒二象性解解 （1）2.76eVJ1042. 419hchEccEhp/eV76. 2smkg1047. 1127（2）eV48. 0eV)28. 276. 2(kWEE（3）nm518m1018. 57Ehc例例 波長為波長為 450nm