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1、第十七章 波粒二象性,第2节 光的粒子性1,回顾: 人类对光的本性认识的发展过程,用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电 器张角增大。,光电效应现象,表明锌板在射线照射下失去电子而带正电,定义：,在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应,发射出来的电子叫做光电子,石英窗,光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出-光电子。,光电子在电场作用下形成光电流。,一、光电效应的实验规律,1. 光电效应实验,将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用,当 K、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 Uc 时，光电流恰
2、为0。 Uc称遏止电压。,遏止电压,I,I,s,U,a,O,U,光 强 较 强,光 强 较 弱,光电效应伏安特性曲线,遏 止 电 压,饱 和 电 流,2. 光电效应实验规律,.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。,.截止频率c -极限频率,对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率c,光电效应是瞬时的 从光开始照射到光电逸出所需时间10-9s,经典理论无法解释光电效应的实验结果,按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关
3、，更不应该有什么截止频率。,二. 光电效应解释中的疑难,光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。,光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。,为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。,三.爱因斯坦的光量子假设,1.内容,光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为 的光是由大量能量为 =h 光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速
4、c 运动。,三.爱因斯坦的光量子假设,在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功W0，另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek 。由能量守恒可得出：,2.爱因斯坦光电效应方程,为光电子的最大初动能,3. 从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系 4.从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极极限频率,3.爱因斯坦对光电效应的解释 1. 光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。 2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。,爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。,4.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“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。,爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖,密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖,应 用,光电管,光,电源,电流计,I,A,K,可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。,光控继电器,思考与讨论,P33 问题与练习 P33,
