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1、第二节,光电效应 光的波粒二象性,1887年赫兹发现了光电效应，1905年爱因斯坦用光量子理论解释了光电效应。,1.什么是光电效应,当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出，逸出的电子称为光电子。,如带电小锌球在紫外线照射下会失去负电荷带上正电。,2.外光电效应,由于金属表面的电子吸收外界的光子， 克服金属的束缚而逸出金属表面的现象。,2.光电效应光的波粒二象性,3.内光电效应,由于半导体表面的电子吸收外界的光子， 使其导电性能增强的现象。,一、光电效应的实验规律,普朗克的量子假说当时并未引起人们的广泛重视，人们把他的黑体辐射公式只看成一个与实验符合最好的经验或半经验公式，但是爱因斯坦却看到了
2、量子假说的重要性。光电效应用经典的光的波动论是没办法解释的，只有用量子论才能解释。,2.光电效应光的波粒二象性 / 一、实验规律 金,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。,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。,1. 光电效应实验,2.光电效应光的波粒二象性 / 一、实验规律,2. 反向遏止电压U0,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 U0 时，光电流恰为 0。,光电子动能转换成电势能,2.光电效应光的波粒二象性 / 一、实验规律,3. 光电效应实验规律,.光电流与光强的关系, 不变,光
3、强不变,2.光电效应光的波粒二象性 / 一、实验规律,播放动画,2.光电效应光的波粒二象性 / 一、实验规律 金,.截止频率0 -红限,当入射光频率 0 时，电子才能逸出金属表面；,当入射光频率 0 时，,与光强无关。,光电子初动能,反向遏止电压,2.光电效应光的波粒二象性 / 一、实验规律,.当 0 时，光电流正比于光强。,.当 0时，光电效应是瞬时的，时间 0 时，电子才能逸出金属表面，产生光电效应。,不同金属具有不同的截止频率。,3.光电流正比于光强的解释,光强正比于单位时间流过单位面积 的光子数。光强越大，光子数越多。,2.光电效应光的波粒二象性 / 四、爱因斯坦方程,金属内电子吸收一
4、个光子可以释放一个光电子。光强越大，光电子越多，光电流越大。,4.光电效应瞬时性的解释,电子吸收光子时间很短，只要光子频率大于截止频率，电子就能立即逸出金属表面，无需积累能量的时间，与光强无关。,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。,2.光电效应光的波粒二象性 / 四、爱因斯坦方程,就连量子物理创始人普朗克也认为太过分了。他在1907年给爱因斯坦的信中写到：,“我为基本量子（光量子）所寻找的不是它在真空中的意义，而是它在吸收和发射地方的意义，并且我认为真空中过程已由麦克斯韦方程作了精辟的描述”。直到1913年他还对光子持否定态度。,
5、2.光电效应光的波粒二象性 / 四、爱因斯坦方程,播放教学片CD7 光电控制,2.光电效应光的波粒二象性 / 四、爱因斯坦方程,例1：铂的逸出功为6.3eV，求铂的截止频率0 。,解：,2.光电效应光的波粒二象性 / 四、爱因斯坦方程,例2：钾的截止频率0 =4.621014Hz，以波长=435.8nm的光照射，求钾放出光电子的初速度。,解：,2.光电效应光的波粒二象性 / 四、爱因斯坦方程,光电效应的验证,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。,五、光子的能量、动量,1.光子的能量
6、（动能）,由相对论光子的质能关系,光子的质量,2.光电效应光的波粒二象性 / 五、光子的 E、P,由相对论质速关系,有,否则,光子的能量就是它的动能。,2.光子的动量,由实验测出光压，说明光子是有动量的。,2.光电效应光的波粒二象性 / 五、光子的 E、P,六、光的波粒二象性,1.波动性,光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、偏振现象。,2.粒子性,光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效应，康普顿效应。,光具有波动性，又有粒子性，即波粒二象性。,2.光电效应光的波粒二象性 / 二、波粒二象性,光子能量和动量为,上两式左边是描写粒子性的 、P；,右边是描写波动性的 、。,h 将光的粒子性
7、与波动性联系起来。,2.光电效应光的波粒二象性 / 二、波粒二象性,例：求波长为20 nm 紫外线光子的能量、动量及质量。,解：,能量,动量,2.光电效应光的波粒二象性 / 二、波粒二象性,质量,2.光电效应光的波粒二象性 / 二、波粒二象性,七、光电效应在近代技术中的应用,1.光控继电器,可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。,2.光电效应.光的波粒二象性 / 七、应用,2.光电倍增管,可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105108 倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。,2.光电效应.光的波粒二象性 / 七、应用,播放教学片CD6 光电效应,2.光电效应.光的波粒二象性 / 七、应用,设计制作,干耀国,山东科技大学济南校区,2.光电效应.光的波粒二象性,
