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1、光电效应(photoelectric effect) :光照射某些金属时,能从表面释放出电子的效应。,光电效应引起的现象是赫兹在1887年发现的,当1896年J.J.汤姆孙发现了电子之后,勒纳德才证明所发出的带电粒子是电子。,当普朗克还在寻找他的能量子的经典理论的根源时,爱因斯坦却大大发展了能量子的概念。,光电效应 爱因斯坦光子假说,一 光电效应实验的规律,(1)实验装置,光照射至金属表面, 电子从金属表面逸出, 称其为光电子.,(2)实验规律,截止频率(红限),仅当 才发生光电效应,截止频率与材料有关与光强无关 .,遏止电压,遏止电势差与入射光频率具有线性关系.,当光照射到金属表面上时,几乎
2、立即就有光电子逸出.迟滞时间不超过 10-9 s,伏安特性曲线,iS3,iS1,iS2,I1,I2,I3,-U0,U,i,I1I2I3,饱和光电流,(光强),遏止电压 与光强无关,遏止电压与频率关系曲线,0,瞬时性,经典物理与实验规律的矛盾,电子在电磁波作用下作受迫振动,直到获得足够能量(与 光强 I 有关) 逸出,不应存在红限 0 。,当光强很小时,电子要逸出,必须经较长时间的能量积累。,只有光的频率 0 时,电子才会逸出。,逸出光电子的多少取决于光强 I 。,光电子即时发射,滞后时间不超过 109 秒。,总结,光电子最大初动能和光频率 成线性关系。,光电子最大初动能取决于光强,和光的频率
3、无关。,二 爱因斯坦光子假说和光电效应方程,(1) “光量子”假设(1905),光子的能量为,(2) 解释实验,对同一种金属, 一定, ,与光强无关,逸出功与材料有关,光是光子流,光强,逸出功,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,光电流越大.( 时),光子射至金属表面,一个光子携带的能量 将一 次 性被一个电子吸收,若 ,电子立即逸出, 无 需时间积累(瞬时性).,光强,(3) 的测定,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!,但是光量子理论在当时并未被物理学界接受,普朗克在推荐爱因斯坦为柏林科学院院士时说 “ 光量子假设可能是走得太远了。”,1916年密立
4、根(R.A.Milikan)做了精确的光电效应实验,利用U0 的直线斜率K,定出h = 6.5610-34J.s。这和当时用其他方法定出的h符合得很好。从而进一步证实了爱因斯坦的光子理论。,尽管如此,密立根还是认为光子理论是完全站不住脚的。 可见,一个新思想要被人们接受是相当困难的。,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,1868 1953,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,1879 1955,三 光电效应在近代技术中的应用,光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等.,
5、光电倍增管,测量波长在 2001200 nm 极微弱光的功率,光电倍增管: (微光)夜视仪,例 波长 =4.010-7m的单色光照射到金属铯上,求铯所释放的光电子最大初速度。,利用关系,代入已知数据,解:铯原子红限频率 = 4.81014 Hz,据爱因斯坦光电效应方程,光电子最大初动能:,解 (1),(2),(3),例 当照射光的波长从4000变到3000时,对同一金属,在光电效应实验中测得的遏止电压将:,(A)减少0.56V(B)增大0.165V(C)减少0.34V(D)增大1.035V,普朗克常数,基本电荷,解:, D ,例 设用频率为1和2两种单色光,先后照射同一种金属均能产生光电效应。
6、已知该金属的红限频率为0 ,测得两次照射时的遏止电压,,则这两种单色光的频率有如下关系:, C ,解:,例 光电效应中发射的光电子初动能随入射光频率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,解:, C ,例 钾的光电效应红限为0= 6.210-7m,求(1)电子的逸出功;(2)在波长为3.0 10-7m的紫外线照射下,遏止电压为多少?(3)电子的初速度为多少?,解:,四 光的波粒二象性,(2)粒子性: (光电效应等),(1)波动性: 光的干涉和衍射,、 分别为光子的质量和动量。,光既具有波动性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性.,光在传播过程中,波动性表现比较显著:干涉、衍射、偏振;当光与物质相互作用时,粒子性表现比较显著:辐射、光电效应、康普顿效应。,