《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(shí)驗(yàn)的規(guī)律光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律VA 1 實(shí)驗(yàn)裝置及現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)裝置及現(xiàn)象 2 實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)規(guī)律 （1）光電流強(qiáng)度與光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)成正比入射光強(qiáng)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(qiáng)無(wú)關(guān)光強(qiáng)無(wú)關(guān).對(duì)某種金屬來(lái)說(shuō)，只有入射光的頻率對(duì)某種金屬來(lái)說(shuō)

2、，只有入射光的頻率大于某一頻率大于某一頻率 0時(shí)，電子才會(huì)從金屬表面時(shí)，電子才會(huì)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(shì)差與入射光頻率具有線性關(guān)系遏止電勢(shì)差與入射光頻率具有線性關(guān)系.（4）瞬時(shí)性瞬時(shí)性 使光電流降為零使光電流降為零所外加的反向電勢(shì)差所外加的反向電勢(shì)差稱為稱為遏止電勢(shì)差遏止電勢(shì)差 ，對(duì)不同的金屬對(duì)不同的金屬，的的量值不同量值不同.0U0U（3）遏止電勢(shì)差遏止電勢(shì)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(shí)間來(lái)積累需要有一定的時(shí)間來(lái)積累,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符與實(shí)驗(yàn)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(wèn)題紅限問(wèn)題 瞬時(shí)性問(wèn)題瞬時(shí)性問(wèn)題 按經(jīng)典理論按經(jīng)典理論,無(wú)論何種頻率的入射光無(wú)論何種頻率的入射光,只只要強(qiáng)度足夠大，就能使電子逸出金屬要強(qiáng)度足夠大，就能使電子逸出金屬.與實(shí)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符驗(yàn)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(ài)因斯坦方程愛(ài)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(gè)光可看成是由光子組成的粒子流，單個(gè)光子的能量為光子的能量為 .2 愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程愛(ài)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(qiáng)越大，光子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)光強(qiáng)越大

5、，光子數(shù)越多，單位時(shí)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(shí)）時(shí)）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(shì)差遏止電勢(shì)差VA 外加外加反向反向的遏止電的遏止電勢(shì)差勢(shì)差 恰能阻礙光電恰能阻礙光電子到達(dá)陽(yáng)極子到達(dá)陽(yáng)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(ài)因斯坦的光子理論圓滿地解釋了光愛(ài)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(shí)才會(huì)發(fā)生時(shí)才會(huì)發(fā)生 瞬時(shí)性：瞬時(shí)性：光子射至金屬表面，光子射至金屬表面，一個(gè)一個(gè)h0光子的能量光子的能量 將一次性被一個(gè)電子吸收，將一次性被一個(gè)電子吸收，若若 ，電子立即逸出，無(wú)需時(shí)間積累，電子立即逸出，無(wú)需時(shí)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(cè)定普朗克常數(shù)的測(cè)定Wmh221vehU0eUh00U0遏止電勢(shì)差和入射遏止電勢(shì)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(zhǎng)發(fā)射波長(zhǎng)589 nm的單色光的單色光.假定光源向各個(gè)方向發(fā)射假定光源向各個(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)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(jī)構(gòu)接控制機(jī)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(dòng)控制、光控繼電器、自動(dòng)控制、自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警等自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)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(duì)論能量和

9、動(dòng)量關(guān)系相對(duì)論能量和動(dòng)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(dòng)性：光的干涉和衍射波動(dòng)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(dòng)性波動(dòng)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(jìn)入下一節(jié)：選擇進(jìn)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(shí)驗(yàn)赫茲實(shí)驗(yàn)15-6 15-6 德布羅意波德布羅意波 實(shí)物粒子的二象性實(shí)物粒子的二象性