第二節(jié)光電效應(yīng) 光的波粒二相性

1、一一 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律VA（1）實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)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(qiáng)無關(guān)光強(qiáng)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 19.291I2Iim1im2io0UU12II 電流飽和值電流飽和值mi 遏止電壓遏止電壓0U 瞬時(shí)性瞬

2、時(shí)性 遏止電勢(shì)差與入射光頻率遏止電勢(shì)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(shí)，當(dāng)光照射到金屬表面上時(shí)，幾乎立即就有光電子逸出幾乎立即就有光電子逸出（光強(qiáng)）（光強(qiáng)）Ii m0U0CsKCu遏止電壓遏止電壓 與光強(qiáng)無關(guān)與光強(qiáng)無關(guān)0U 按經(jīng)典理論，電子逸出金屬所需的能量，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(shí)間來積累，一直積累到足以使電子逸出金屬一定的時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果不符與實(shí)驗(yàn)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(shí)性問題瞬時(shí)性問題 按經(jīng)典理

3、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(qiáng)度只要其強(qiáng)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(shí)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符驗(yàn)結(jié)果不符. . 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(shí)驗(yàn)解釋實(shí)驗(yàn)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(duì)同一種金屬，對(duì)同一種金屬， 一定，一定， ，與光強(qiáng)無關(guān)

4、，與光強(qiáng)無關(guān)kEW 逸出功逸出功0hW 愛因斯坦方程愛因斯坦方程Wmh221vhW0產(chǎn)生光電效應(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(qiáng)越大，光子數(shù)目越多，即單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光電光強(qiáng)越大，光子數(shù)目越多，即單位時(shí)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(shí)）時(shí)）0 光子射至金屬表面，一個(gè)光子攜帶的能量光子射至金屬表面，一個(gè)光子攜帶的能量 將一將一 次性被一個(gè)電子吸收，若次性被一個(gè)電子吸收，若 ，電子立即逸出，電子立即逸出， 無需時(shí)間積累（無需時(shí)間積累（瞬時(shí)瞬時(shí)性）性）.h0WeUh0eWehU0ehU0eUh0（3） 的測(cè)定的測(cè)定h愛因斯坦方程愛因斯坦方程W

5、mh221v0U0遏止電勢(shì)差和入射光遏止電勢(shì)差和入射光頻率的關(guān)系頻率的關(guān)系例例1 波長(zhǎng)為波長(zhǎng)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(dòng)量；這種光的光子能量和動(dòng)量； （2）光電子逸出鈉表面時(shí)的動(dòng)能；光電子逸出鈉表面時(shí)的動(dòng)能； （3）若光子的能量為若光子的能量為2.40eV，其波長(zhǎng)為多少？其波長(zhǎng)為多少？解解 （1）2.76eVJ1042. 419hchEccEhp/eV76. 2smkg1047. 1127（2）eV48. 0eV)28. 276. 2(kWEE（3）nm518m1018. 57Ehc 例例2 設(shè)有一半徑為設(shè)有一半徑為 的薄圓片

6、，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(zhǎng)為發(fā)射波長(zhǎng)為589nm的單色光的單色光 . 假定光源向各個(gè)方向發(fā)射的能量是相同假定光源向各個(gè)方向發(fā)射的能量是相同的，試計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)落在薄圓片上的光子數(shù)的，試計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)落在薄圓片上的光子數(shù) .m100 . 13解解2623m10)m100 . 1 (S172sJ105 . 24rSPE111s104 . 7hcEhEN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(dòng)控制、光控繼電器、自動(dòng)控制、自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警等自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警等. .光電倍增管光電倍增管放大器放大器接控件機(jī)構(gòu)接控件機(jī)構(gòu)光光光控繼電器示意圖光控繼電器示意圖四四 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(dòng)性波動(dòng)性hchcEppcE