《物理學(xué)》（第五版）電子教案：15-2光電效應(yīng)光的波粒二象性

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1、第十五章第十五章 量子物理量子物理15-2 15-2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版1一一 光電效應(yīng)實驗的規(guī)律光電效應(yīng)實驗的規(guī)律VA 1 實驗裝置及現(xiàn)象實驗裝置及現(xiàn)象 2 實驗規(guī)律實驗規(guī)律 （1）光電流強度與光電流強度與入射光強成正比入射光強成正比.1I2Iim1im2io0UU12II 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-2 15-2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版2（2）截止頻率（紅限）截止頻率（紅限）0截止頻率與截止頻率與材料有關(guān)材料有關(guān)與與光強無關(guān)光強無關(guān).對某種金屬來說，只有入射光的頻率對某種金屬來說

2、，只有入射光的頻率大于某一頻率大于某一頻率 0時，電子才會從金屬表面時，電子才會從金屬表面逸出逸出.0稱為稱為截止頻率截止頻率或或紅限頻率紅限頻率.第十五章第十五章 量子物理量子物理15-2 15-2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版3 遏止電勢差與入射光頻率具有線性關(guān)系遏止電勢差與入射光頻率具有線性關(guān)系.（4）瞬時性瞬時性 使光電流降為零使光電流降為零所外加的反向電勢差所外加的反向電勢差稱為稱為遏止電勢差遏止電勢差 ，對不同的金屬對不同的金屬，的的量值不同量值不同.0U0U（3）遏止電勢差遏止電勢差0U0U0sCnZtPO第十五章第十五章 量子物理量子物

3、理15-2 15-2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版4 按經(jīng)典理論按經(jīng)典理論,電子逸出金屬所需的能量，電子逸出金屬所需的能量，需要有一定的時間來積累需要有一定的時間來積累,與實驗結(jié)果不符與實驗結(jié)果不符.3 經(jīng)典理論遇到的困難經(jīng)典理論遇到的困難 紅限問題紅限問題 瞬時性問題瞬時性問題 按經(jīng)典理論按經(jīng)典理論,無論何種頻率的入射光無論何種頻率的入射光,只只要強度足夠大，就能使電子逸出金屬要強度足夠大，就能使電子逸出金屬.與實與實驗結(jié)果不符驗結(jié)果不符.第十五章第十五章 量子物理量子物理15-2 15-2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性物理學(xué)物理學(xué)

4、第五版第五版5二二 光子光子 愛因斯坦方程愛因斯坦方程1 光量子假設(shè)光量子假設(shè)h 光可看成是由光子組成的粒子流，單個光可看成是由光子組成的粒子流，單個光子的能量為光子的能量為 .2 愛因斯坦光電效應(yīng)方程愛因斯坦光電效應(yīng)方程Wmh221v 逸出功與逸出功與材料有關(guān)材料有關(guān)第十五章第十五章 量子物理量子物理15-2 15-2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版6理論解釋理論解釋:幾種金屬逸出功的近似值幾種金屬逸出功的近似值(eV)鈉鈉 鋁鋁 鋅鋅 銅銅 銀銀 鉑鉑2.46 4.08 4.31 4.70 4.73 6.35 光強越大，光子數(shù)越多，單位時間內(nèi)光強越大

5、，光子數(shù)越多，單位時間內(nèi)0產(chǎn)生光電子數(shù)目越多產(chǎn)生光電子數(shù)目越多,光電流越大光電流越大.(時）時）第十五章第十五章 量子物理量子物理15-2 15-2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版7 遏止電勢差遏止電勢差VA 外加外加反向反向的遏止電的遏止電勢差勢差 恰能阻礙光電恰能阻礙光電子到達陽極子到達陽極,即即0U2021vmeU 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-2 15-2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版8 愛因斯坦的光子理論圓滿地解釋了光愛因斯坦的光子理論圓滿地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象電效應(yīng)現(xiàn)象.0hW hW0（截止頻

6、率）（截止頻率）頻率限制頻率限制:只有只有0時才會發(fā)生時才會發(fā)生 瞬時性：瞬時性：光子射至金屬表面，光子射至金屬表面，一個一個h0光子的能量光子的能量 將一次性被一個電子吸收，將一次性被一個電子吸收，若若 ，電子立即逸出，無需時間積累，電子立即逸出，無需時間積累.第十五章第十五章 量子物理量子物理15-2 15-2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版9WeUh0eWehU03 普朗克常數(shù)的測定普朗克常數(shù)的測定Wmh221vehU0eUh00U0遏止電勢差和入射遏止電勢差和入射光頻率的關(guān)系光頻率的關(guān)系O第十五章第十五章 量子物理量子物理15-2 15-2 光電

7、效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版10 例例1 一半徑為一半徑為 的薄圓片，的薄圓片，距光源距光源1.0 m.光源的功率為光源的功率為1W，發(fā)射波長發(fā)射波長589 nm的單色光的單色光.假定光源向各個方向發(fā)射假定光源向各個方向發(fā)射的能量是相同的，試計算在單位時間內(nèi)落在的能量是相同的，試計算在單位時間內(nèi)落在薄圓片上的光子數(shù)薄圓片上的光子數(shù).m100.13解解2623m10)m100.1(S172sJ 105.24rSPE第十五章第十五章 量子物理量子物理15-2 15-2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版11111s 104.

8、7hcEhEN172sJ 105.24rSPE第十五章第十五章 量子物理量子物理15-2 15-2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版12光電倍增管光電倍增管放大器放大器接控制機構(gòu)接控制機構(gòu)光光光控繼電器示意圖光控繼電器示意圖三三 光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用光控繼電器、自動控制、光控繼電器、自動控制、自動計數(shù)、自動報警等自動計數(shù)、自動報警等.第十五章第十五章 量子物理量子物理15-2 15-2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版13四四 光的波粒二象性光的波粒二象性20222EcpE 相對論能量和

9、動量關(guān)系相對論能量和動量關(guān)系hE（2）粒子性：粒子性：（光電效應(yīng)等）（光電效應(yīng)等）（1）波動性：光的干涉和衍射波動性：光的干涉和衍射pcEE,00 光子光子 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-2 15-2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版14hE hp 描述光的描述光的 粒子性粒子性 描述光的描述光的 波動性波動性hchcEppcEE,00 光子光子 第十五章第十五章 量子物理量子物理物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版15本章目錄本章目錄選擇進入下一節(jié)：選擇進入下一節(jié)：15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)15-4 15-4 氫原子的玻爾理論氫原子的玻爾理論15-3 15-3 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)15-2 15-2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性*1515-5 -5 弗蘭克弗蘭克-赫茲實驗赫茲實驗15-6 15-6 德布羅意波德布羅意波 實物粒子的二象性實物粒子的二象性