第二節(jié)-教學改革與研究網(wǎng)-首頁

1、第二節(jié) 光電效應和愛因斯坦的光量子論,光電效應是赫茲在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中發(fā)出的是電子,光電效應:光照射某些金屬時能從表面釋放出電子的效應產(chǎn)生的電子稱為光電子,伏安特性曲線,一. 光電效應的實驗規(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、最大初動能和? 成線性關系,截止頻率 ?0,即時發(fā)射,遲滯時間不超過 10-9 秒,遏止電壓與頻率關系曲線,和v 成線性關系,,二. 經(jīng)典物理與實驗規(guī)律的矛盾,電子在電磁波作用下作受迫振動，直到獲得足夠能量(與 光強 I 有關) 逸出，不應存在紅限 ?0 。,當光強很小時，電子要逸出，必須經(jīng)較長時間的能量積累。,只有光的頻率 ? ? ?0 時，電子才會逸出。,逸出光電子的多少取決于光強 I 。,光電子即時發(fā)射，滯后時間不超過

3、10–9 秒。,總結,,光電子最大初動能和光頻率? 成線性關系。,光電子最大初動能取決于光強，和光的頻率 ? 無關。,? 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動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(1905年),三、愛因斯坦的光量子論,光強 單位時間打到單位面積上的粒子總能量 I = N h? N

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

5、 逸出。,討論,,光電子最大初動能和光頻率 ? 成線性關系。,1916年密立根實驗,h = 6.57?10-34 Js,證實了愛因斯坦理論,愛因斯坦由于對光電效應的理論解釋和對理論物理學的貢獻獲得1921年諾貝爾物理學獎,密立根由于研究基本電荷和光電效應，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學獎,。,光子動量,四. 光的波粒二象性,光子能量,光子質量,光子靜止質量 m0 = 0,五、光的波粒二象性

6、,1.近代認為光具有波粒二象性,一些情況下 突出顯示波動性 一些情況下 突出顯示粒子性,粒子性,波動性,,式中,波矢量,3. 波動性和粒子性的統(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,波動性:某處明亮則某處光強大 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,像增強器,微弱光學圖像 → 高亮度可見光學圖像,測量波長在 200~1200 nm 極微弱光的功率,光電倍增管,六. 光電效應的應用,光電成像器件能將可見或不可見的輻射圖像轉換或增強成為可觀察記錄、傳輸、儲存的圖像。,光控繼電器、自動控制、自動計數(shù)、自動報警等.,例題　當鈉

8、光燈的黃光　　　　　照射某一光電池時，為了遏止所有電子達到陽極，需要0.3v的負電勢，如果用波長　　　　　的光照射這個光電池，問遏止電子需加入多大電動勢？,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，內壁敷上半透明的鋁薄膜，內徑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，求

9、平衡時鈉棒所帶的電量，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,對鋁: 紅限波長,對鈉: 紅限波長,不能產(chǎn)生光電效應,能產(chǎn)生光電效應,解,鈉在光照下,發(fā)射光電子,它們的最大初動能,這些光電子聚集在鋁膜上,使鈉棒和鋁膜分別帶上正負電荷Q,當它們之間電勢差達到

10、,時,系統(tǒng)達到平衡.,由高斯定理,忽略邊緣效應,可求出鈉棒與鋁膜間的電場,由上面方程可得,例 設有一半徑為 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 . 假定光源向各個方向發(fā)射的能量是相同的，試計算在單位時間內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線所示，然后在光強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 ?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(因為光電子的最大初動能也大),在均勻磁場B內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(質量為m，電量的絕對值為e)在垂直于磁場的