第二節(jié)-教學(xué)改革與研究網(wǎng)-首頁

1、第二節(jié) 光電效應(yīng)和愛因斯坦的光量子論,光電效應(yīng)是赫茲在1887年發(fā)現(xiàn)的. 1896年湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子之后,勒納德證明了光電效應(yīng)中發(fā)出的是電子,光電效應(yīng):光照射某些金屬時(shí)能從表面釋放出電子的效應(yīng)產(chǎn)生的電子稱為光電子,伏安特性曲線,一. 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,飽和電流 iS,遏止電壓 Ua,iS ∝ 光電子數(shù),I ∝,,,,iS3,iS1,iS2,I1,I2,I3,,,,Ua,U,i,I1>I2>I3,,,?0,光電子

2、最大初動(dòng)能和? 成線性關(guān)系,截止頻率 ?0,即時(shí)發(fā)射,遲滯時(shí)間不超過 10-9 秒,遏止電壓與頻率關(guān)系曲線,和v 成線性關(guān)系,,二. 經(jīng)典物理與實(shí)驗(yàn)規(guī)律的矛盾,電子在電磁波作用下作受迫振動(dòng)，直到獲得足夠能量(與 光強(qiáng) I 有關(guān)) 逸出，不應(yīng)存在紅限 ?0 。,當(dāng)光強(qiáng)很小時(shí)，電子要逸出，必須經(jīng)較長時(shí)間的能量積累。,只有光的頻率 ? ? ?0 時(shí)，電子才會(huì)逸出。,逸出光電子的多少取決于光強(qiáng) I 。,光電子即時(shí)發(fā)射，滯后時(shí)間不超過

3、10–9 秒。,總結(jié),,光電子最大初動(dòng)能和光頻率? 成線性關(guān)系。,光電子最大初動(dòng)能取決于光強(qiáng)，和光的頻率 ? 無關(guān)。,? 光量子具有“整體性” 光的發(fā)射、傳播、吸收都是量子化的,? 電磁輻射由以光速運(yùn)動(dòng)的局限于空間某一小范圍的光量子（光子）組成,? = h?,1.愛因斯坦光量子假設(shè)(1905年),三、愛因斯坦的光量子論,光強(qiáng) 單位時(shí)間打到單位面積上的粒子總能量 I = N h? N

4、粒子流密度 光強(qiáng)不變：即 I = N h? 不變 若 ? ? 則 N ? 一個(gè)光子只能整個(gè)地被電子吸收,2. 對(duì)光電效應(yīng)的解釋,光是光子流 ，每一光子能量為 h? ，電子吸收一個(gè)光子,A 為逸出功,光強(qiáng) I = Nh? . I 越強(qiáng) , 到陰極的光子越多, 則逸出的光電子 越多。,電子吸收一個(gè)光子即可逸出，不需要長時(shí)間的能量積累。,,光頻率? > A/h 時(shí)，電子吸收一個(gè)光子即可克服逸出功 A

5、 逸出。,討論,,光電子最大初動(dòng)能和光頻率 ? 成線性關(guān)系。,1916年密立根實(shí)驗(yàn),h = 6.57?10-34 Js,證實(shí)了愛因斯坦理論,愛因斯坦由于對(duì)光電效應(yīng)的理論解釋和對(duì)理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),。,光子動(dòng)量,四. 光的波粒二象性,光子能量,光子質(zhì)量,光子靜止質(zhì)量 m0 = 0,五、光的波粒二象性

6、,1.近代認(rèn)為光具有波粒二象性,一些情況下 突出顯示波動(dòng)性 一些情況下 突出顯示粒子性,粒子性,波動(dòng)性,,式中,波矢量,3. 波動(dòng)性和粒子性的統(tǒng)一,光作為電磁波是彌散在空間而連續(xù)的,光作為粒子在空間中是集中而分立的,波動(dòng)性:某處明亮則某處光強(qiáng)大 即 I 大,怎樣統(tǒng)一 ?,光子數(shù) N ? I ? E02,粒子性:某處明亮則某處光子多 即N大,,,,光子在某處出現(xiàn)的概率由光在該處的強(qiáng)度決定,I

7、大 光子出現(xiàn)概率大,I小 光子出現(xiàn)概率小,統(tǒng)一于概率波理論,光子在某處出現(xiàn)的概率和該處光振幅的平方成正比,,紅外變像管,紅外輻射圖像　→　可見光圖像,像增強(qiáng)器,微弱光學(xué)圖像 → 高亮度可見光學(xué)圖像,測量波長在 200~1200 nm 極微弱光的功率,光電倍增管,六. 光電效應(yīng)的應(yīng)用,光電成像器件能將可見或不可見的輻射圖像轉(zhuǎn)換或增強(qiáng)成為可觀察記錄、傳輸、儲(chǔ)存的圖像。,光控繼電器、自動(dòng)控制、自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警等.,例題　當(dāng)鈉

8、光燈的黃光　　　　　照射某一光電池時(shí)，為了遏止所有電子達(dá)到陽極，需要0.3v的負(fù)電勢(shì)，如果用波長　　　　　的光照射這個(gè)光電池，問遏止電子需加入多大電動(dòng)勢(shì)？,解：由愛因斯坦方程,遏止電壓Ua，,兩式相減,例題　一共軸系統(tǒng)的橫截面如圖所示，外面為石英圓筒，內(nèi)壁敷上半透明的鋁薄膜，內(nèi)徑r2=1cm，長20cm，中間為一圓柱形鈉棒，半徑r1=0.6cm，長亦為20cm，整個(gè)系統(tǒng)置于真空中，今用波長?＝3000埃的單色光照射系統(tǒng)，忽略邊緣效應(yīng)，求

9、平衡時(shí)鈉棒所帶的電量，已知鈉的紅限波長為?m＝5400埃，鋁的紅限波長為?m‘＝2960埃(電子電量-e=1.6?10-19c，普朗克常量h=6.63?10-34J?s，真空介電常數(shù)?0=8.85?10-12F?m-1),紅限波長,已知入射光波長,對(duì)鋁: 紅限波長,對(duì)鈉: 紅限波長,不能產(chǎn)生光電效應(yīng),能產(chǎn)生光電效應(yīng),解,鈉在光照下,發(fā)射光電子,它們的最大初動(dòng)能,這些光電子聚集在鋁膜上,使鈉棒和鋁膜分別帶上正負(fù)電荷Q,當(dāng)它們之間電勢(shì)差達(dá)到

10、,時(shí),系統(tǒng)達(dá)到平衡.,由高斯定理,忽略邊緣效應(yīng),可求出鈉棒與鋁膜間的電場,由上面方程可得,例 設(shè)有一半徑為 的薄圓片，它距光源1.0m . 此光源的功率為1W，發(fā)射波長為589nm的單色光 . 假定光源向各個(gè)方向發(fā)射的能量是相同的，試計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)落在薄圓片上的光子數(shù) .,解,例題　以一定頻率的單色光照射在某金屬上測出其光電流的曲線如圖實(shí)線所示，然后在光強(qiáng)度不變的條件下增大照射光的頻

11、率，測出其光電流的曲線如圖中虛線所示，滿足題意的圖是：( ),o,o,o,(D),答案：(D),(1)、 ，若I不變，當(dāng) ?大，則N?小，所以逸出的光電子數(shù)也就小?Is小(Is：光電流飽和值),(2)、且 大?遏止電壓大(因?yàn)楣怆娮拥淖畲蟪鮿?dòng)能也大),在均勻磁場B內(nèi)放置一極薄的金屬片，其紅限波長為?0，今用單色光照射，發(fā)現(xiàn)有電子放出，放出的電子(質(zhì)量為m，電量的絕對(duì)值為e)在垂直于磁場的