大学物理__光电效应详解.ppt

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1、物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应一一 光电效应实验的规律光电效应实验的规律VA（1）实验装置实验装置 光照射至金属表面光照射至金属表面,电子从金电子从金属表面逸出属表面逸出,称其为称其为光电子光电子.回路中回路中形成电流称形成电流称光电流光电流。（2）实验规律实验规律 截止频率（红限）截止频率（红限）几种几种纯金属的纯金属的截止截止频率频率 仅当仅当 才发生光电效应，才发生光电效应，截止频率与截止频率与材料有关材料有关与与光强无关光强无关 .金属金属截止频率截止频率4.545 5.508.065 11.53铯铯 钠钠 锌锌 铱铱 铂铂 19.29物理学物理学第五版第

2、五版15-2 15-2 光电效应光电效应 电流饱和值电流饱和值（光强）（光强）即：单位时间内从阴极逸即：单位时间内从阴极逸出的光电子数与入射光的出的光电子数与入射光的强度成正比。强度成正比。存在遏止存在遏止电压电压 遏止电势差与入射光频遏止电势差与入射光频率具有线性关系率具有线性关系物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应 不同材料遏止不同材料遏止电压不同电压不同遏止电压遏止电压 与光强无关与光强无关 瞬时性瞬时性 当光照射到金属表面上时，当光照射到金属表面上时，几乎立即就有光电子逸出几乎立即就有光电子逸出 实验发现，无论光强如何微弱，从光照射到光实验发现，无论光强如何微弱

3、，从光照射到光电子出现只需要电子出现只需要 的时间。的时间。物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应 按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有一定的时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属一定的时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属表面为止表面为止.与实验结果不符与实验结果不符 .（3 3）经典理论遇到的困难经典理论遇到的困难 红限问题红限问题 瞬时性问题瞬时性问题 按经典理论按经典理论,无论何种频率的入射光无论何种频率的入射光,只要其强度只要其强度足够大，就能使电子具有足够的能量逸出金属足够大，就能使电子具有足够的能量逸出金属

4、 .与实与实验结果不符验结果不符.物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应二二 光子光子 爱因斯坦方程爱因斯坦方程 金属中的自由电子吸收一个光子能量金属中的自由电子吸收一个光子能量h 以后，一以后，一部分用于电子从金属表面逸出所需的逸出功部分用于电子从金属表面逸出所需的逸出功W，一，一部分转化为光电子的动能。部分转化为光电子的动能。（1）爱因斯坦光子假说：爱因斯坦光子假说：光是以光速光是以光速 c 运动的微运动的微粒流，称为粒流，称为光量子（光子）光量子（光子），光子的能量，光子的能量 ，（，（光的强度为：光的强度为：，N为单位时间通过单位为单位时间通过单位面积的光子数）。

5、面积的光子数）。（2）解释实验解释实验爱因斯坦方程爱因斯坦方程 逸出功与逸出功与材料有关材料有关物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应几种金属的逸出功几种金属的逸出功金属金属钠钠 铝铝 锌锌 铜铜 银银 铂铂2.28 4.08 4.31 4.70 4.73 6.35 对同一种金属，对同一种金属，一定，一定，与光强无关，与光强无关，由由 知：遏止电势差知：遏止电势差 与入射光频率具有与入射光频率具有线性关系，与光强无关。线性关系，与光强无关。遏止遏止电压电压爱因斯坦方程爱因斯坦方程 逸出功与逸出功与材料有关材料有关 Ek物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光

6、电效应爱因斯坦方程爱因斯坦方程产生光电效应的条件产生光电效应的条件（截止频率）（截止频率）电流饱和值与光强成正比电流饱和值与光强成正比 光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电 子数目越多，子数目越多，电流饱和值电流饱和值越大越大.瞬时性瞬时性:光子射至金属表面，一个光子携带的能量光子射至金属表面，一个光子携带的能量 将一将一 次次性被一个电子吸收，若性被一个电子吸收，若 ，电子立即逸出，无需，电子立即逸出，无需时间积累时间积累.截止频率（红限）截止频率（红限）物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应遏止电势差和入射光遏止电势

7、差和入射光频率的关系频率的关系（1）（2）比较（比较（1）、（）、（2）（3）的测定的测定物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应光电子动能和入射光光电子动能和入射光频率的关系频率的关系讨论讨论遏止电势差和入射光遏止电势差和入射光频率的关系频率的关系物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应A.爱因斯坦爱因斯坦 对现物理方面的贡对现物理方面的贡献，特别是阐明光献，特别是阐明光电效应的定律电效应的定律1921诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应例例1 根据图示确定以下各量根据图示确定以下各量1、钠的红限频率

8、、钠的红限频率2、普朗克常数、普朗克常数3、钠的逸出功、钠的逸出功解：由爱因斯坦方程解：由爱因斯坦方程钠的截止电压与钠的截止电压与入射光频关系入射光频关系及及物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应从图中得出从图中得出从图中得出从图中得出钠的截止电压与钠的截止电压与入射光频关系入射光频关系物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应普朗克常数普朗克常数钠的逸出功钠的逸出功钠的截止电压与钠的截止电压与入射光频关系入射光频关系物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应 1.用频率为n1的单色光照射某种金属时，测得饱和电流为I1，以频率为n2的单

9、色光照射该金属时，测得饱和电流为I2，若I1 I2，则 (A)n1 n2 (B)n1 n2 (C)n1=n2 (D)不能确定.物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应 2.一定频率的单色光照射在某种金属上，测出其光电流的曲线如图中实线所示然后在光强度不变的条件下增大照射光的频率，测出其光电流的曲线如图中虚线所示满足题意的图是：物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应 3.光电效应中发射的光电子最大初动能随入射光频率n 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 物理学物理学第五版第五版

10、15-2 15-2 光电效应光电效应4.在光电效应实验中，测得某金属的遏止电压|Ua|与入射光频率的关系曲线如图所示，由此可知该金属的红限频率=_Hz；逸出功=_eV 物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应三三 光电效应在近代技术中的应用光电效应在近代技术中的应用光控继电器、自动控制、光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等自动计数、自动报警等.光电倍增管光电倍增管放大器放大器接控件机构接控件机构光光光控继电器示意图光控继电器示意图物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应四四 光子的能量、质量和动量光子的能量、质量和动量由于光子速度恒为由于光子速度恒

11、为c，所以，所以光子的光子的“静止质量静止质量”为零为零.光子的动量：光子的动量：光子能量光子能量:物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应五五 光的波粒二象性光的波粒二象性（2 2）粒子性：粒子性：（光电效应等）（光电效应等）（1 1）波动性：波动性：光的干涉和衍射光的干涉和衍射表示粒子特表示粒子特性的物理量性的物理量波长、频率是表示波长、频率是表示波动性的物理量波动性的物理量 表示光子不仅具有波动性，同时也具有粒子性，表示光子不仅具有波动性，同时也具有粒子性，即具有波粒二象性。即具有波粒二象性。光子是一种基本粒子，在真空中以光速运动光子是一种基本粒子，在真空中以光速运动

12、物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应例例1 波长为波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上的单色光射到纯钠的表面上.求求 （1）这种光的光子能量和动量；这种光的光子能量和动量；（2）光电子逸出钠表面时的动能；光电子逸出钠表面时的动能；（3）若光子的能量为若光子的能量为2.40eV，其波长为多少？，其波长为多少？解解（1）（2）（3）物理学物理学第五版第五版15-2 15-2 光电效应光电效应 例例2 设有一半径为设有一半径为 的薄圆片，它距的薄圆片，它距光源光源1.0m.此光源的功率为此光源的功率为1W，发射波长为，发射波长为589nm的单色光的单色光.假定光源向各个方向发射的能量是相同假定光源向各个方向发射的能量是相同的，试计算在单位时间内落在薄圆片上的光子数的，试计算在单位时间内落在薄圆片上的光子数.解解