光电效应光的波粒二象性.ppt

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1、 大学物理大学物理 15-2 光光电效应电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性10/27/2022 理学院 物理系 15-2 15-2 光电效应光电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性一、光电效应的实验规律一、光电效应的实验规律1 1、光电效应、光电效应 在光的照射下，金属中的电子在光的照射下，金属中的电子吸收光能而逸出金属表面的现象。吸收光能而逸出金属表面的现象。这些逸出的电子被称为光电子。这些逸出的电子被称为光电子。其形成的电流称为光电流。其形成的电流称为光电流。2 2、实验装置、实验装置K金属电极（阴极）金属电极（阴极）A阳极阳极金属金属GAK光V 光电子光电子 大学物理大学物理 15-2

2、光光电效应电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性10/27/2022 理学院 物理系 (1)(1)饱和光电流强度饱和光电流强度 im 与入射与入射 光强光强 I 成正比成正比3 3、实验规律、实验规律 说明被光照射的电极上，说明被光照射的电极上，单位时间内释出的光电子数单位时间内释出的光电子数与入射光的强度成正比。与入射光的强度成正比。Ua：称为：称为遏止电势差遏止电势差光电子的最大初动能光电子的最大初动能i0Uim2im1I1I2光强I2I1-Ua(2)(2)光电子的初动能随入射光的光电子的初动能随入射光的频率频率线性增加，线性增加，而与入射光的而与入射光的强度强度无关。无关。大学物理大学物理

3、 15-2 光光电效应电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性10/27/2022 理学院 物理系 4.06.08.0 10.0(1014Hz)0.01.02.0Ua(V)CsNaCa(3)(3)只有当入射光频率只有当入射光频率 大于一定的频率大于一定的频率 0时才会产时才会产 生光电效应生光电效应 0 称为截止频率或红限频率称为截止频率或红限频率(4)(4)光电效应是瞬时发生的光电效应是瞬时发生的驰豫时间不超过驰豫时间不超过10-9s 大学物理大学物理 15-2 光光电效应电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性10/27/2022 理学院 物理系 二、经典物理学所遇到的困难二、经典物理学所遇到的困

4、难按照光的经典电磁理论：按照光的经典电磁理论：3 3、电子积累能量需要一段时间，光电效应不可能瞬、电子积累能量需要一段时间，光电效应不可能瞬 时发生。时发生。三、爱因斯坦光电效应方程三、爱因斯坦光电效应方程1 1、光电效应不应存在截止频率；、光电效应不应存在截止频率；1 1、爱因斯坦光量子假说、爱因斯坦光量子假说(1905)(1905)(1)(1)一束光一束光:是一束以光速运动的粒子流，是一束以光速运动的粒子流，这些粒子称为这些粒子称为光子光子（或称（或称光量子光量子）2 2、逸出光电子的、逸出光电子的初动能应随光初动能应随光强增大而增大，强增大而增大，与频率无关；与频率无关；大学物理大学物理

5、 15-2 光光电效应电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性10/27/2022 理学院 物理系(3)(3)光的强度决定于单位时间内通过单位面积的光的强度决定于单位时间内通过单位面积的 光子数光子数N:2 2、爱因斯坦光电效应方程、爱因斯坦光电效应方程A 为该金属材料的逸出功为该金属材料的逸出功根据能量守恒，可得：根据能量守恒，可得：当频率为当频率为 光照射金属时，光照射金属时，一个电子是瞬间接收一个电子是瞬间接收一个光子一个光子全部能量全部能量，若获得能量足以挣脱金属束缚，若获得能量足以挣脱金属束缚，那么电子就可以释放出来，实现那么电子就可以释放出来，实现光电效应。光电效应。(2)(2)每个光

6、子的能量每个光子的能量:大学物理大学物理 15-2 光光电效应电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性10/27/2022 理学院 物理系 3、光子理论对光电效应的解释、光子理论对光电效应的解释(1)(1)当入射光的频率一定时，入射光越强则光子数当入射光的频率一定时，入射光越强则光子数N 就越多，单位时间产生的光电子数就越多，饱就越多，单位时间产生的光电子数就越多，饱 合光电流就越大。合光电流就越大。(2)(2)比较比较与频率成线性关系，而与光的强度无关与频率成线性关系，而与光的强度无关可见可见 大学物理大学物理 15-2 光光电效应电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性10/27/2022 理学院

7、 物理系(3)(3)若能发生光电效应必要求若能发生光电效应必要求(4)(4)一个光子能量是整体的被电子吸收，不需要时间积一个光子能量是整体的被电子吸收，不需要时间积 累，因此光电效应的弛豫时间可很短。累，因此光电效应的弛豫时间可很短。为红限频率为红限频率 大学物理大学物理 15-2 光光电效应电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性10/27/2022 理学院 物理系 四、光的波粒二象性四、光的波粒二象性光子质量光子质量光子能量光子能量1 1、光子能量、质量与动量、光子能量、质量与动量光子动量光子动量 大学物理大学物理 15-2 光光电效应电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性10/27/2022

8、理学院 物理系 2 2、光的、光的“波粒二象性波粒二象性”(1)(1)在在如光的干涉、衍射、偏振等实验现象中，光显如光的干涉、衍射、偏振等实验现象中，光显 示出波动性；示出波动性；(2)(2)在在如如热辐射、光电效应、热辐射、光电效应、康普顿效应康普顿效应等等实验现象实验现象 中中光显示出粒子性。光显示出粒子性。爱因斯坦爱因斯坦“因在数学物理方面的成就，尤其发因在数学物理方面的成就，尤其发现了光电效应现了光电效应实验实验规律规律”，获得了，获得了19211921年诺贝尔物年诺贝尔物理奖。理奖。光具有光具有“波粒二象性波粒二象性”大学物理大学物理 15-2 光光电效应电效应 光的波粒二象性光的波

9、粒二象性10/27/2022 理学院 物理系 例例15-215-2：在在光电效应实验中，已知阴极材料的逸出功光电效应实验中，已知阴极材料的逸出功A，照射光的频率照射光的频率 o ，求：求：(1)(1)红限红限 o；(2)(2)遏止电压遏止电压Ua 。(2)(2)解：解：(1)1)大学物理大学物理 15-2 光光电效应电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性10/27/2022 理学院 物理系 r 光电效应的应用光电效应的应用 光电管光电管:光电开关光电开关,红外成像仪红外成像仪,光电传感器等光电传感器等光电倍增管光电倍增管:(:(微光微光)夜视仪夜视仪测量波长在测量波长在 2001200 nm 2001200 nm 极微弱光的功率极微弱光的功率