《15-2光電效應(yīng)光的波粒二象性》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《15-2光電效應(yīng)光的波粒二象性（27頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
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)裝置實(shí)驗(yàn)裝置 光照射至金屬表面光照射至金屬表面,電子從金電子從金屬表面逸出屬表面逸出,稱其為稱其為光電子光電子.（2）實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)規(guī)律 截止頻率（紅限）截止頻率（紅限）幾種幾種純金屬的純金屬的截止截止頻率頻率 僅當(dāng)僅當(dāng) 才發(fā)生光電效應(yīng)，才發(fā)生光電效應(yīng)，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)無關(guān)光強(qiáng)無關(guān).金屬金屬截止頻率截止頻率4.545 4.398.065 11.53銫銫 鈉鈉 鋅鋅 銥銥 鉑鉑 19.291第
2、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 電流飽和值電流飽和值 遏止電壓遏止電壓 瞬時(shí)性瞬時(shí)性 遏止電勢差與入射光頻率遏止電勢差與入射光頻率具有線性關(guān)系具有線性關(guān)系.當(dāng)光照射到金屬表面上時(shí)，當(dāng)光照射到金屬表面上時(shí)，幾乎立即就有光電子逸出幾乎立即就有光電子逸出（光強(qiáng)）（光強(qiáng)）遏止電壓遏止電壓 與光強(qiáng)無關(guān)與光強(qiáng)無關(guān)銫銫 鋅鋅 鉑鉑2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 按經(jīng)典理論，電子逸出金屬所需的能量，需要有按經(jīng)典理論，電子逸出
3、金屬所需的能量，需要有一定的時(shí)間來積累，一直積累到足以使電子逸出金屬一定的時(shí)間來積累，一直積累到足以使電子逸出金屬表面為止表面為止.與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符.（3 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(shí)性問題瞬時(shí)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,只要其強(qiáng)度只要其強(qiáng)度足夠大，就能使電子具有足夠的能量逸出金屬足夠大，就能使電子具有足夠的能量逸出金屬.與實(shí)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符驗(yàn)結(jié)果不符.3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)第五版第五版二二 光子光子 愛因斯坦方程
4、愛因斯坦方程（1）“光量子光量子”假設(shè)假設(shè)光子的能量為光子的能量為（2）解釋實(shí)驗(yàn)解釋實(shí)驗(yàn)愛因斯坦方程愛因斯坦方程 逸出功與逸出功與材料有關(guān)材料有關(guān) 對同一種金屬，對同一種金屬，一定，一定，與光強(qiáng)無關(guān)，與光強(qiáng)無關(guān)幾種金屬的逸出功幾種金屬的逸出功金屬金屬鈉鈉 鋁鋁 鋅鋅 銅銅 銀銀 鉑鉑1.90 2.462.50 3.603.32 3.574.10 4.504.56 4.736.304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 逸出功逸出功愛因斯坦方程愛因斯坦方程產(chǎn)生光電效應(yīng)條件條件產(chǎn)生光電效應(yīng)條件條件（截止頻率）（
5、截止頻率）光強(qiáng)越大，光子數(shù)目越多，即單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光電光強(qiáng)越大，光子數(shù)目越多，即單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光電 子數(shù)目越多，光電流越大子數(shù)目越多，光電流越大.（時(shí)）時(shí)）光子射至金屬表面，一個(gè)光子攜帶的能量光子射至金屬表面，一個(gè)光子攜帶的能量 將一將一 次性被一個(gè)電子吸收，若次性被一個(gè)電子吸收，若 ，電子立即逸出，電子立即逸出，無需時(shí)間積累（無需時(shí)間積累（瞬時(shí)瞬時(shí)性）性）.5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）的測定的測定愛因斯坦方程愛因斯坦方程遏止電勢差和入射光遏止電勢差和入射光頻率的關(guān)系頻率的關(guān)系6第十五章第十
6、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 例例 設(shè)有一半徑為設(shè)有一半徑為 的薄圓片，它距的薄圓片，它距光源光源1.0m.此光源的功率為此光源的功率為1W，發(fā)射波長為發(fā)射波長為589nm的單色光的單色光.假定光源向各個(gè)方向發(fā)射的能量是相同假定光源向各個(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)的，試計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)落在薄圓片上的光子數(shù).解解7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*三三 光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用光電效應(yīng)
7、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(jì)數(shù)、自動報(bào)警等自動計(jì)數(shù)、自動報(bào)警等.光電倍增管光電倍增管放大器放大器接控件機(jī)構(gòu)接控件機(jī)構(gòu)光光光控繼電器示意圖光控繼電器示意圖8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)第五版第五版四四 光的波粒二象性光的波粒二象性描述光的描述光的 粒子性粒子性 描述光的描述光的 波動性波動性 光子光子 相對論能量和動量關(guān)系相對論能量和動量關(guān)系（2 2）粒子性：粒子性：（和物質(zhì)相互作用時(shí)）（和物質(zhì)相互作用時(shí)）（1 1）波動性：光的干涉和衍射（傳播時(shí)）波動性：光的干涉和衍射（傳
8、播時(shí)）9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)第五版第五版解解（1）（2）（3）例例 波長為波長為 450nm 的單色光射到純鈉的表面上的單色光射到純鈉的表面上.求（求（1）這種光的光子能量和動量；這種光的光子能量和動量；（2）光電子逸出鈉光電子逸出鈉()表面時(shí)的動能；表面時(shí)的動能；（3）若光子的能量為若光子的能量為2.40eV，其波長為多少？其波長為多少？10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
9、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11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）飽和電流飽和電流 光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)成正比光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)
10、成正比（入射光頻率不變時(shí)）（入射光頻率不變時(shí)）.光強(qiáng)光強(qiáng)Iim 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)更加確立和光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)更加確立和發(fā)展了普發(fā)展了普朗克量子的假設(shè)朗克量子的假設(shè)I：入射光強(qiáng)入射光強(qiáng)im：飽和光電流飽和光電流U0：遏止電勢差遏止電勢差12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 當(dāng)當(dāng)入射光強(qiáng)一定入射光強(qiáng)一定，改變?nèi)肷涔獾念l率，改變?nèi)肷涔獾念l率，遏止電勢遏止電勢差與入射光頻率具有線性關(guān)系差與入射光頻率具有線性關(guān)系.使光電流降為零所外加使光電流降為零所外加的反向電勢差稱為的反向電勢差稱為遏止電勢遏止電勢差差 ，對不同的金屬對
11、不同的金屬，的的量值不同量值不同.（2）遏止電勢差遏止電勢差O 遏止電勢差的存在，表明光電子從金屬表面逸出時(shí)，遏止電勢差的存在，表明光電子從金屬表面逸出時(shí)，有一最大初速，光電子初動能的最大為：有一最大初速，光電子初動能的最大為：13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）截止頻率（紅限）截止頻率（紅限）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)無關(guān)光強(qiáng)無關(guān).對某種金屬來說，只有入對某種金屬來說，只有入射光的頻率大于某一頻率射光的頻率大于某一頻率 0時(shí)，時(shí)，電子才會從金屬表面逸出電子才會從金屬表面逸出.（
12、4）瞬時(shí)性瞬時(shí)性不論光強(qiáng)多弱，光電效應(yīng)都是瞬時(shí)發(fā)生的不論光強(qiáng)多弱，光電效應(yīng)都是瞬時(shí)發(fā)生的.光電流產(chǎn)生的光電流產(chǎn)生的馳豫時(shí)間不超過馳豫時(shí)間不超過1010-9-9s.0稱為稱為截止頻率截止頻率或或紅限頻率紅限頻率.14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 按經(jīng)典理論按經(jīng)典理論,陰極電子陰極電子逸出金屬所需的能量，需要有一逸出金屬所需的能量，需要有一定的時(shí)間來積累定的時(shí)間來積累,因此，因此，光電效應(yīng)光電效應(yīng)不可能瞬時(shí)發(fā)生！不可能瞬時(shí)發(fā)生！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(shí)性問題瞬時(shí)性
13、問題 按光的波動說按光的波動說,如果光強(qiáng)足夠供應(yīng)從金屬釋出光電子需如果光強(qiáng)足夠供應(yīng)從金屬釋出光電子需要的能量，那么光電效應(yīng)對各種頻率的光都會發(fā)生，但實(shí)要的能量，那么光電效應(yīng)對各種頻率的光都會發(fā)生，但實(shí)驗(yàn)事實(shí)是每種金屬都存在一個(gè)紅限頻率，入射光頻率小于驗(yàn)事實(shí)是每種金屬都存在一個(gè)紅限頻率，入射光頻率小于紅限頻率時(shí)，紅限頻率時(shí)，無論無論光強(qiáng)多光強(qiáng)多大也不能使電子逸出金屬，因此大也不能使電子逸出金屬，因此經(jīng)典理論經(jīng)典理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符.初動能問題初動能問題 按光的波動說按光的波動說,金屬電子金屬電子吸收的入射光的能量，逸出時(shí)的吸收的入射光的能量，逸出時(shí)的初動能與光振動振幅（決定光的強(qiáng)度）
14、有關(guān)，這初動能與光振動振幅（決定光的強(qiáng)度）有關(guān)，這與實(shí)驗(yàn)中最與實(shí)驗(yàn)中最大大初動能只與初動能只與入射光的頻率有關(guān)結(jié)果不符入射光的頻率有關(guān)結(jié)果不符.15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)光可看成是由光子組成的粒子流，單個(gè)光子的能量為光可看成是由光子組成的粒子流，單個(gè)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 逸出功逸出功,與與材料有關(guān)材料有關(guān)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2.4
15、6 4.08 4.31 4.70 4.73 6.35 光電子初動能光電子初動能入射光子入射光子能量：能量：16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 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(dá)陽極子到達(dá)陽極,即即量子理論解釋量子理論解釋:光電流光電流 光強(qiáng)越大，光子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光電子數(shù)目光強(qiáng)越大，光子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光電子數(shù)目越多越多,光電流越大光電流越大 光電流光電流光強(qiáng)光強(qiáng)17第十五章第十五章 量子物理量子物理15-2 15-2 光電
16、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 愛因斯坦的光子理論圓滿地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象愛因斯坦的光子理論圓滿地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象!（截止頻率截止頻率）頻率限制頻率限制:只有只有時(shí)光電子才會產(chǎn)生時(shí)光電子才會產(chǎn)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)光子的能量一個(gè)光子的能量 將一次將一次性被一個(gè)電子吸收，若性被一個(gè)電子吸收，若 ，電子立即逸出，無，電子立即逸出，無需時(shí)間積累需時(shí)間積累.逸出功逸出功:18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 普朗克常數(shù)的測定普朗克常數(shù)
17、的測定(密立根密立根)遏止電勢差和入射光遏止電勢差和入射光頻率的關(guān)系頻率的關(guān)系O 電子電量代入電子電量代入通過直線的斜率得通過直線的斜率得:根據(jù)根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程愛因斯坦光電效應(yīng)方程不同金屬材料給出的直線斜率是相同的不同金屬材料給出的直線斜率是相同的!19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、自動控制、光控繼電器、自動控制、自動計(jì)數(shù)、自動報(bào)警等自動
18、計(jì)數(shù)、自動報(bào)警等.20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)第五版第五版四四 光的波粒二象性光的波粒二象性 相對論能量和動量關(guān)系相對論能量和動量關(guān)系（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 光子光子 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21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 金屬的光電效應(yīng)的紅限依賴于金屬的光電效應(yīng)的紅限依賴于 (A)入射光的頻率
19、入射光的頻率 (B)入射光的強(qiáng)度入射光的強(qiáng)度 (C)金屬的逸出功金屬的逸出功 (D)入射光的頻率和金屬的逸出功入射光的頻率和金屬的逸出功解解問題練習(xí)問題練習(xí)22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 已知一單色光照射在鈉表面上，測得光電子的已知一單色光照射在鈉表面上，測得光電子的最大動能為最大動能為1.2 eV，而鈉的紅限波長為，而鈉的紅限波長為540 nm，求求:入射光的波長入射光的波長.解：根據(jù)解：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程愛因斯坦光電效應(yīng)方程=355 nm23第十五章第十五章 量子物理量子物理15-2
20、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)第五版第五版第十五章第十五章 量子物理量子物理(1)1.閱讀閱讀:P301P3202.書面作業(yè)書面作業(yè):P390習(xí)題：習(xí)題：15-9,15-10,15-11,15-123.預(yù)習(xí)預(yù)習(xí):P320P33924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 圖示為光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)曲線圖示為光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)曲線:(1)求證對不同金屬材料求證對不同金屬材料,AB線的斜率相同線的斜率相同.(2)由圖上數(shù)據(jù)求出普朗克常數(shù)由圖上數(shù)據(jù)求出普朗克常數(shù)2U0/VB A0 5
21、 10v/1014 Hz 25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)第五版第五版解解(1)根據(jù)根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，得到愛因斯坦光電效應(yīng)方程，得到(2)2U0/VB A0 5 10v/1014 Hz 與與材料材料無關(guān)無關(guān)26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 例例1 一半徑為一半徑為 的薄圓片，距光的薄圓片，距光源源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的單的單色光色光.假定光源向各個(gè)方向發(fā)射的能量是相同的，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)試計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)落在薄圓片上的光子數(shù).解解27
15-2光電效應(yīng)光的波粒二象性
