光電效應(yīng)光的波粒二相性

1、第十六章第十六章 量子物理量子物理1 16 6 2 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性一一 光電效應(yīng)實驗的規(guī)律光電效應(yīng)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(dāng)僅當(dāng) 才發(fā)生光電效應(yīng)，才發(fā)生光電效應(yīng)，截止頻率與截止頻率與材料有關(guān)材料有關(guān)與與光強無關(guān)光強無關(guān) . .金屬金屬截止頻率截止頻率Hz10/1404.545 5.508.065 11.53銫銫 鈉鈉 鋅鋅 銥銥 鉑鉑 19

2、.29第十六章第十六章 量子物理量子物理1 16 6 2 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 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(guān)系具有線性關(guān)系.maxk0EeU 當(dāng)光照射到金屬表面上時，當(dāng)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 m0U0CsKCu遏止電壓遏止電壓 與光強無關(guān)與光強無關(guān)0U第十六章第十六章 量子物理量子物理1 16 6 2 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性 按經(jīng)典理論，電子逸出金屬

3、所需的能量，需要有按經(jīng)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(jié)果不符與實驗結(jié)果不符 . .（3 3）經(jīng)典理論遇到的困難經(jīng)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(jīng)典理論按經(jīng)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 . .與實與實驗結(jié)果不符驗結(jié)果不符. . 第十六章第十六章 量子物理量子物理1 16 6 2 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象

4、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(shè)假設(shè)h光子的能量為光子的能量為（2） 解釋實驗解釋實驗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2.28 4.08 4.31 4.70 4.73 6.35eV/W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(guān)材料有關(guān) 對同一種金屬，對同一種金屬， 一定，一定， ，與光強無關(guān)，與光強無關(guān)kEW第十六章第十六章 量子物理量子物理1 16 6 2 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 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(chǎn)生光

5、電效應(yīng)條件條件產(chǎn)生光電效應(yīng)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(nèi)產(chǎn)生光電光強越大，光子數(shù)目越多，即單位時間內(nèi)產(chǎn)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，電子立即逸出， 無需時間積累（無需時間積累（瞬時瞬時性）性）.h0第十六章第十六章 量子物理量子物理1 16 6 2 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 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

6、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(guān)系頻率的關(guān)系第十六章第十六章 量子物理量子物理1 16 6 2 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性例例1 波長為波長為450nm的單色光射到純鈉的表面上的單色光射到純鈉的表面上. 求求 （1）這種光的光子能量和動量；這種光的光子能量和動量； （2）光電子逸出鈉表面時的動能；光電子逸出鈉表面時的動能； （3）若光子的能量為若光子的能量為2.40eV，其波長為多少？其波長為多少？解解 （1）2.76eVJ1042. 419hchEccEhp/eV76. 2smkg1047. 1127（2）eV48. 0eV)

7、28. 276. 2(kWEE（3）nm518m1018. 57Ehc第十六章第十六章 量子物理量子物理1 16 6 2 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性 例例2 設(shè)有一半徑為設(shè)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(nèi)落在薄圓片上的光子數(shù)的，試計算在單位時間內(nèi)落在薄圓片上的光子數(shù) .m100 . 13解解2623m10)m100 . 1 (S172sJ105 . 24rSPE111s104 . 7hcEhEN第十六章第十六章 量子物理量子物理1 16 6 2 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性三三 光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用光控繼電器、自動控制、光控繼電器、自動控制、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(gòu)接控件機構(gòu)光光光控繼電器示意圖光控繼電器示意圖第十六章第十六章 量子物理量子物理1 16 6 2 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 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