19-2光電效應(yīng)

1、19-2 光電效應(yīng) 光的波粒二象性光到底是波還是粒子？經(jīng)典物理，以牛頓為代表，認(rèn)為光是波。19世紀(jì)末，出現(xiàn)了一系列有關(guān)光的實(shí)驗(yàn)，無(wú)法用光的波動(dòng)理論解釋。經(jīng)典物理受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)！光電效應(yīng)是其中一個(gè)典型的代表。光照射在金屬表面時(shí)，金屬表面會(huì)有電子射出稱為光電效應(yīng)。（下一頁(yè)）1光電效應(yīng)伏安特性曲線光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置OOOOOOVGAKBOOmIs飽和電流光 強(qiáng) 較 強(qiáng)IUaOU光 強(qiáng) 較 弱遏止電壓 一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律（下一頁(yè)）2 2 . 光電子初動(dòng)能和入射光頻率的關(guān)系 1. 光電流與入射光光強(qiáng)的關(guān)系 結(jié)論：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電極上逸出的光電子數(shù)和入射光 光強(qiáng)成正比 . 實(shí)驗(yàn)指出：飽和光電流和入射光光強(qiáng)成

2、正比。當(dāng)反向電壓加至 時(shí)光電流為零，稱 為遏止電壓。遏止電壓的存在說(shuō)明光電子具有初動(dòng)能，且：（下一頁(yè)）3和金屬有關(guān)的恒量Uo和金屬無(wú)關(guān)的普適恒量k實(shí)驗(yàn)指出：遏止電壓和入射光頻率有線性關(guān)系，即：遏止電壓與入射光頻率的實(shí)驗(yàn)曲線（下一頁(yè)）oUa04結(jié)論：光電子初動(dòng)能和入射光頻率成線性關(guān)系， 與入射光光強(qiáng)無(wú)關(guān)。3、存在截止頻率（紅限） 對(duì)于給定的金屬，當(dāng)照射光頻率 小于某一數(shù)值（稱為紅限）時(shí)，無(wú)論照射光多強(qiáng)都不會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)。（下一頁(yè)）5結(jié)論：光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎無(wú)需時(shí)間的累積因?yàn)槌鮿?dòng)能大于零，因而產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是：稱為紅限（截止頻率）4 . 光電效應(yīng)瞬時(shí)響應(yīng)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論光強(qiáng)如何微弱，從光照射

3、到光電子出現(xiàn)只需要 的時(shí)間。（下一頁(yè)）6幾種金屬的紅限及逸出功c=0+鈀 Pd金 Au汞 Hg鈦 Ti銫 Cs12.111.610.99.9248025802750303065201.94.14.54.85.0金 屬紅 限逸 出 功(Hz)(A)04.8（eV)10140（下一頁(yè)）7 1. 按經(jīng)典理論光電子的初動(dòng)能應(yīng)決定于 入射光的光強(qiáng)，而不決定于光的頻率。 二、經(jīng)典電磁波理論的缺陷3. 無(wú)法解釋光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎無(wú)須 時(shí)間的積累。2. 無(wú)法解釋紅限的存在。（下一頁(yè)）8三、 愛因斯坦方程 光量子（光子）愛因斯坦光電效應(yīng)方程 愛因斯坦光子假說(shuō)：一束光是以光速 C 運(yùn)動(dòng)的粒子（稱為光子）流，光子的

4、能量為：一部分轉(zhuǎn)化為光電子的動(dòng)能，即： 金屬中的自由電子吸收一個(gè)光子能量以后，一部分用于電子從金屬表面逸出所需的逸出功A ，（下一頁(yè)）93. 從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光的頻率 成線性關(guān)系。 愛因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋：2. 電子只要吸收一個(gè)光子就可以從金屬表面逸出， 所以無(wú)須時(shí)間的累積。1. 光強(qiáng)越大，光子數(shù)越多，釋放的光電子也越多， - 所以 ，光電流也越大。4.從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動(dòng)能為零時(shí)，可得到 紅限頻率：（下一頁(yè)）10光子的能量、質(zhì)量和動(dòng)量因?yàn)椋河捎诠庾铀俣群銥镃，所以光子的“靜止質(zhì)量”為零.光子質(zhì)量:光子的動(dòng)量：光子能量:（下一頁(yè)）11四、光的波粒二象性 光子的能量 ,質(zhì)量

5、 ，動(dòng)量 是表示粒子特性的物理量，而波長(zhǎng) ，頻率 則是表示波動(dòng)性的物理量，這就表示光子不僅具有波動(dòng)性，同時(shí)也具有粒子性，即具有波粒二象性。（下一頁(yè)）12A.愛因斯坦 對(duì)現(xiàn)物理方面的貢獻(xiàn)，特別是闡明光電效應(yīng)的定律1921諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（下一頁(yè)）13例1、在鋁中移出一個(gè)電子需要4.2eV的能量，波長(zhǎng)為200nm的光射到其表面，求：（1）光電子的最大動(dòng)能；（2）遏制電壓；（3）鋁的截至波長(zhǎng)。解：（下一頁(yè)）（1）（2）（3）14解：由愛因斯坦方程其中遏制電壓與入射光頻關(guān)系鈉的遏制電壓與入射光頻關(guān)系（下一頁(yè)）例 根據(jù)圖示確定以下各量： (1)鈉的紅限頻率 ；(2)普朗克常數(shù) h ；(3)鈉的逸出功 W 。15(1)從圖中得出從圖中得出鈉的遏制電壓與入射光頻關(guān)系（下一頁(yè)）(2)16鈉的遏制電壓與入射光頻關(guān)系得 普朗克常數(shù)(3)鈉的逸出功（下一頁(yè)）17練習(xí)冊(cè)P79 二、填空題：5、頻率為 的兩束光，先后照射到同一種金屬上，均產(chǎn)生光電效應(yīng)，已知金屬的紅限頻率為 兩次照射時(shí)遏止電壓Ua1 = 2Ua2 ，則兩種單色光的頻率關(guān)系為：遏制電壓與入射光頻關(guān)系解：由（下一題）186、保持光電管上電勢(shì)差不變，若入射單色光光強(qiáng)增大，則從陰極逸出的光電子的最大動(dòng)能和飛到陽(yáng)極的電子的最大動(dòng)能變化為（ ） 因?yàn)槿肷鋯紊獾墓鈴?qiáng)增大，只是增加光電子的數(shù)量，光