光电效应 光的波粒二相性.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,V,A,K,A,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,.,i,（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,.,几种纯金属的,截止,频率,金属,截止频率,4.545,5.50,8.065,11.53,铯 钠 锌 铱 铂,19.29,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,i,S,3,i,S,1,i,S,2,I,1,I,2,I,3,-U,0,U,i,I,1,I,2,I,3,饱和光电流,（光强）,遏止电压 与光强无关,U,0,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,10,9,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,几种金属的逸出功,金属,钠 铝 锌 铜 银 铂,2.28 4.08 4.31 4.70 4.73 6.35,光电效应方程,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,光电效应方程,产生光电效应条件条件,（截止频率）,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,遏止电势差和入射光频率的关系,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,U,0,的直线斜率,K,，定出,h,=6.5610,-34,J.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,放大器,接控件机构,光,光控继电器示意图,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,=4.010,-7,m,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,=4.810,14,Hz,，,据爱因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能：,例,波长为,450,nm,的单色光射到纯钠的表面上.,求 （1）,这种光的光子能量和动量；,（2）,光电子逸出钠,(A=,2.28,eV,),表面时的动能；,（3）,若光子的能量为,2.40,eV,，,其波长为多少？,解（1）,（2）,（3）,例,当照射光的波长从,4000,变到,3000,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,O,P,Q,S,例,钾的光电效应红限为,0,=6.210,-7,m,，,求（,1,）电子的逸出功；（,2,）在波长为,3.0 10,-7,m,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,描述光的,粒子性,描述光的,波动性,（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。,