(精品課件)光電效應(yīng)

1、光電效應(yīng) : 光照射到金屬上,使電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)，逸出的電子稱為光電子，形成的電流稱為光電流。1+2-1.實(shí)驗(yàn)裝置15-2 光電效應(yīng) 光的波粒二象性一 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律正向電壓反向電壓一 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律VA 2 實(shí)驗(yàn)規(guī)律iisOU飽和電流-U0遏止電壓光強(qiáng)較強(qiáng)光強(qiáng)較弱U飽和 1 實(shí)驗(yàn)裝置及現(xiàn)象 (1) 飽和電流 與入射光強(qiáng)成正比.單位時(shí)間內(nèi)，受光照射的電極上釋放出的電子數(shù)和入射光的強(qiáng)度成正比。（2）截止頻率（紅限）截止頻率與材料有關(guān)與光強(qiáng)無關(guān). 只有入射光的頻率大于某一頻率0時(shí)，電子才會(huì)從金屬表面逸出. 0 稱為截止頻率或紅限頻率光電子具有初動(dòng)能（3）存在遏止電壓+

2、-反向電壓iisUo-U0光電子的最大初動(dòng)能（3）存在遏止電壓光電子的最大初動(dòng)能iisUo-U0實(shí)驗(yàn)指出: 遏止電壓 和入射光頻率 有線性關(guān)系 oU0銫鋅鉑光電子初動(dòng)能 Ek和入射光頻率 有線性關(guān)系。不同金屬， 值不同.(4) 光電效應(yīng)是瞬時(shí)發(fā)生it(s)10-9實(shí)驗(yàn)表明：從光線開始照射直到金屬釋放電子，無論光的強(qiáng)度如何，幾乎是瞬時(shí)的，并不需要經(jīng)過一段顯著的時(shí)間，據(jù)現(xiàn)代的測(cè)量，這時(shí)間不會(huì)超過10-9s。要么不發(fā)生，要么立刻發(fā)生3. 經(jīng)典電磁波理論的困難 (1) 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。 (2) 無法解釋紅限的存在。 (3) 無法解釋光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎無須時(shí)間的

3、積累。 19世紀(jì)末所發(fā)現(xiàn)的上述光電效應(yīng)和入射光頻率的關(guān)系以及延遲時(shí)間甚小的事實(shí)，是當(dāng)時(shí)大家已完全認(rèn)可的光的波動(dòng)說麥克斯韋電磁理論完全不能解釋的。經(jīng)典物理認(rèn)為：光是一種電磁波，產(chǎn)生光電效應(yīng)的原因：電磁波的振動(dòng)，導(dǎo)致電子振動(dòng)產(chǎn)生的。二 光子 愛因斯坦方程1 “光量子”假設(shè)(2) 光子能量:光具有粒子性(3) 光強(qiáng)（光的能流密度S）(1) 光可看成是由光子組成的粒子流，N:單位時(shí)間通過單位面積的光子個(gè)數(shù)（光子流密度）普朗克常數(shù)：光子頻率 由能量守恒：入射光子能量 = 逸出功 + 光電子初動(dòng)能光電子的初動(dòng)能W：逸出功2 愛因斯坦光電效應(yīng)方程光電效應(yīng)方程 逸出功與材料有關(guān) 產(chǎn)生光電效應(yīng)原因: 電子吸收光

4、子能量產(chǎn)生的。 電子吸收光子能量：一部分為逸出功脫出金屬 表面，其余部分為光電子初動(dòng)能。 幾種金屬逸出功的近似值(eV)鈉 鋁 鋅 銅 銀 鉑2.46 4.08 4.31 4.70 4.73 6.35逸出功與材料有關(guān) 3. 愛因斯坦光子理論對(duì)光電效應(yīng)的解釋愛因斯坦認(rèn)為：光電效應(yīng)是電子吸收光子能量產(chǎn)生的1) 電子一旦吸收了一個(gè)光子的能量，就可以立刻從金屬表面逸出，所以無須時(shí)間累積。 2)光強(qiáng)大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以 飽和光電流也大。3) 從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光頻率成線性關(guān)系。 紅限頻率：產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件：例題 波長(zhǎng)為 4000 的單色光照射在逸出功為 2.0 的金屬材料

5、上，求：光電子的初動(dòng)能，截止電壓，紅限頻率解：由光電效應(yīng)方程：截止電壓紅限頻率 例1 一半徑為 的薄圓片，距光源1.0m . 光源的功率為1W，發(fā)射波長(zhǎng)589nm的單色光 . 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) .解同種物質(zhì)的W應(yīng)一樣光電倍增管放大器接控制機(jī)構(gòu)光光控繼電器示意圖三 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、自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警等.四 光的波粒二象性（2）粒子性：光電效應(yīng)等（1）波動(dòng)性：光的干涉和衍射光子： 光子：相對(duì)論能量和動(dòng)量關(guān)系能量和動(dòng)能的關(guān)系：描述光的 粒子性 描述光的 波動(dòng)性END(3) 光的本性：光同時(shí)具有波、粒二象性，波、粒二象性的聯(lián)系：光的性質(zhì)不同側(cè)面波動(dòng)性突出表現(xiàn)在傳播過程中（干涉、衍射）粒子性突出表現(xiàn)在與物質(zhì)相互作用中（光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、）單純用波動(dòng)粒子均不能完整地描述光的性質(zhì)用量子力學(xué)描述：光是一種幾率波幾率：粒子性，波：波動(dòng)性，幾率波：包含了波、粒二象性特征，是對(duì)波、粒 二象性的完整描述。小結(jié)：1 愛因斯坦光量子假設(shè)光具有粒子性2、光的本性：光同時(shí)具有波、粒二象性，波、粒