大学物理光电效应.ppt
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1、 当光线照射在金属表面时,金属中有当光线照射在金属表面时,金属中有电子逸出的现象,称为光电效应。逸出的电子逸出的现象,称为光电效应。逸出的电子称为光电子。电子称为光电子。15-2 光电效应光电效应 爱因斯坦的光量子理论爱因斯坦的光量子理论一一、光电效应光电效应阳阳极极阴阴极极石英窗石英窗 光线经石英窗照在阴极上,光线经石英窗照在阴极上,便有电子逸出便有电子逸出-光电子。光电子。光电子在电场作用下光电子在电场作用下形成光电流。形成光电流。1.1.光电效应实验光电效应实验二二、光电效应的实验光电效应的实验阳阳极极阴阴极极 将换向开关将换向开关反接反接,电场,电场反向反向,则光电子离开阴极后,则光电
2、子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。将受反向电场阻碍作用。当当 K、A 间加反向电压,光电间加反向电压,光电子克服电场力作功,当电压达到子克服电场力作功,当电压达到某一值某一值 Ue时,时,光电流恰为光电流恰为0。Ue称遏止电压称遏止电压。遏止电压遏止电压UeUI0UaIH光强较强光强较强光强较弱光强较弱IH2.2.光电效应的实验结果光电效应的实验结果遏遏止止电电压压饱饱和和电电流流(1)(1)光电流与光强的关系光电流与光强的关系饱和光电流强度与入射光强度成正比。饱和光电流强度与入射光强度成正比。(2)存在截止频率存在截止频率c-极限(红限)频率极限(红限)频率对于每种金属材料,都相应的有一确定
3、的截止频率对于每种金属材料,都相应的有一确定的截止频率c 当当入射光频率入射光频率 c 时时,电子才能逸出金属表面,电子才能逸出金属表面当当入射光频率入射光频率 c时时,无论光强多大也,无论光强多大也无电子逸出无电子逸出金属表面。金属表面。从光开始照射到光电逸出所需时间从光开始照射到光电逸出所需时间 A时才能产生光电效应。时才能产生光电效应。光子打出光电子光子打出光电子是瞬时发生的是瞬时发生的。爱因斯坦方程爱因斯坦方程光量子假设解释了光电效应的全部实验规律!光量子假设解释了光电效应的全部实验规律!例题例题 波长为波长为 4000 的单色光照射在逸出功为的单色光照射在逸出功为 2.0 的的金属材
4、料上,求:光电子的初动能,截止电压,红限金属材料上,求:光电子的初动能,截止电压,红限频率频率解:解:由光电效应方程:由光电效应方程:截止电压截止电压红限频率红限频率2.光的波粒二象性光的波粒二象性描述光的描述光的 粒子性粒子性 描述光的描述光的 波动性波动性 光子光子 相对论能量和动量关系相对论能量和动量关系(2)粒子性:粒子性:(光电效应等)(光电效应等)(1)波动性:波动性:光的干涉和衍射光的干涉和衍射光子质量光子质量 m=h/c2由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律效应的实验规律,荣获荣获19211921年诺贝尔物理学奖。年
5、诺贝尔物理学奖。3.3.光电效应理论的验证光电效应理论的验证 美国物理学家密立根,花了十年时间做了美国物理学家密立根,花了十年时间做了“光光电效应电效应”实验,结果在实验,结果在1915年证实了爱因斯坦方年证实了爱因斯坦方程,程,h 的值与理论值完全一致,又一次证明了的值与理论值完全一致,又一次证明了“光量子光量子”理论的正确。理论的正确。爱因斯坦由于爱因斯坦由于对对光电效光电效应应的理论解释和对的理论解释和对理论理论物理学物理学的贡献的贡献获得获得1921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖。密立根由于密立根由于研究基本电荷和研究基本电荷和光电效应光电效应,特别是通过著名,特别是通过著名的油滴实
6、验,证明电荷有最的油滴实验,证明电荷有最小单位。小单位。获得获得19231923年诺贝尔年诺贝尔物理学奖物理学奖。康普顿康普顿(1891-1962)(Arthur Holly Compton)美国著名的物理学家、美国著名的物理学家、“康康普顿效应普顿效应”的发现者。的发现者。1920年起任圣路易斯华盛顿大学年起任圣路易斯华盛顿大学物理系主任,物理系主任,1923年起任芝年起任芝加哥大学物理系教授,加哥大学物理系教授,1927年度诺贝尔物理学奖年度诺贝尔物理学奖15-3 康普顿效应康普顿效应 1923年康普顿在做年康普顿在做 X 射线通过物质散射射线通过物质散射的实验时,发现散射线中除有与入射线
7、波长的实验时,发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外,还有比入射线波长更长的射相同的射线外,还有比入射线波长更长的射线,线,把这种现象称为把这种现象称为“康普顿效应康普顿效应”一、一、康普顿效应康普顿效应二二.康普顿散射的实验装置康普顿散射的实验装置晶体晶体 光阑光阑X 射线管射线管探探测测器器 石墨体石墨体(散射物质散射物质)j 0散射波长散射波长(1)(1)散射光中除有与入射线波长相同的,还有比入射散射光中除有与入射线波长相同的,还有比入射线波长大的波长线波长大的波长 称为称为电子电子的的Compton波长波长波波长长的的偏偏移移只只与与散散射射角角 有有关关,与与散散射射物物质质的性质
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