1、光電效應光電效應 : 光照射到金屬上光照射到金屬上,使電子從金屬表面逸使電子從金屬表面逸出的現象，稱為光電效應，逸出的電子稱為光電子，出的現象，稱為光電效應，逸出的電子稱為光電子，形成的電流稱為光電流。形成的電流稱為光電流。1+2-1.實驗裝置實驗裝置15-2 15-2 光電效應光電效應 光的波粒二象性光的波粒二象性一一 光電效應實驗的規律光電效應實驗的規律正向電壓正向電壓反向電壓反向電壓一一 光電效應實驗的規律光電效應實驗的規律VA 2 實驗規律實驗規律iisOU飽飽和和電電流流-U0遏遏止止電電壓壓光強較強光強較強光強較弱光強較弱U飽和 1 實驗裝置及現象實驗裝置及現象 (1) 飽和電流飽

2、和電流 與入射光強成正比與入射光強成正比.si單位時間內，受光照射的電極上釋放單位時間內，受光照射的電極上釋放出的電子數和入射光的強度成正比。出的電子數和入射光的強度成正比。（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材料有關與與光強無關光強無關. 只有入射光的只有入射光的頻率大于某一頻率頻率大于某一頻率 0時，電子才會從時，電子才會從金屬表面逸出金屬表面逸出. 0 稱為稱為截止頻率截止頻率或或紅限頻率紅限頻率才有光電效應發生，只有0 光光電子具有初動能電子具有初動能（3）存在遏止電壓存在遏止電壓0UUi+-反向電壓反向電壓iisUo-U0一定頻率1I光強12II 光光

3、電子的電子的最大初動能最大初動能02m21eUm ）：截截止止電電壓壓的的大大小小（000 UU（3）存在遏止電壓存在遏止電壓0U光光電子的電子的最大初動能最大初動能02m21eUm iisUo-U0一定頻率1I光強12II 實驗實驗指出指出: 遏止電壓遏止電壓 和入和入射光頻率射光頻率 有線性關系有線性關系 0U000 oU0銫銫 鋅鋅 鉑鉑0U光電子初動能光電子初動能 Ek和入射光頻率和入射光頻率 有有線性關系線性關系。不同金屬，不同金屬， 值不同值不同.0U(4) 光電效應是瞬時發生光電效應是瞬時發生it(s)10-9實驗表明：從光線開始照射直到金屬釋放電子，無論光的強度實驗表明：從光線

4、開始照射直到金屬釋放電子，無論光的強度如何，幾乎是如何，幾乎是瞬時的瞬時的，并不需要經過一段顯著的時間，據現代，并不需要經過一段顯著的時間，據現代的測量，這時間不會超過的測量，這時間不會超過10-9s。要么不發生，要么立刻發生3. . 經典電磁波理論的困難經典電磁波理論的困難 (1) 光電子的光電子的初動能初動能應決定于入射光的光強，而應決定于入射光的光強，而不決不決 定于光的頻率定于光的頻率。 (2) 無法解釋無法解釋紅限紅限的存在。的存在。 (3) 無法解釋光電效應的產生幾乎無法解釋光電效應的產生幾乎無須時間的積累無須時間的積累。 19世紀末所發現的上述光電效應和入射光頻率的關系世紀末所發

5、現的上述光電效應和入射光頻率的關系以及延遲時間甚小的事實，是當時大家已完全認可的光的以及延遲時間甚小的事實，是當時大家已完全認可的光的波動說波動說麥克斯韋電磁理論麥克斯韋電磁理論完全不能解釋的。經典完全不能解釋的。經典物理認為：光是一種電磁波，產生光電效應的原因：電磁物理認為：光是一種電磁波，產生光電效應的原因：電磁波的振動，導致電子振動產生的。波的振動，導致電子振動產生的。二二 光子光子 愛因斯坦方程愛因斯坦方程1 “光量子光量子”假設假設h(2) 光子能量光子能量:光具有粒子性(3) 光強（光的能流密度光強（光的能流密度S S）hNI (1) 光可看成是由光子組成的光可看成是由光子組成的粒

6、子流粒子流，N:單位時間通過單位時間通過單位面積的光子個數單位面積的光子個數（光子流密度）（光子流密度）sJ1063. 634h普朗克常數普朗克常數：光子頻率：光子頻率 由能量守恒：由能量守恒：入射光子能量入射光子能量 = 逸出功逸出功 + 光電子初動能光電子初動能221 m光電子的初動能光電子的初動能W：逸出功逸出功2 愛因斯坦光電效應方程愛因斯坦光電效應方程光電效應方程光電效應方程Wmh221v 逸出功與逸出功與材料有關材料有關 產生光電效應產生光電效應原因原因: 電子吸收電子吸收光子光子能量產生的。能量產生的。 電子吸收光子能量：一部分為逸出功脫出金屬電子吸收光子能量：一部分為逸出功脫出

7、金屬 表面，其余部分為光電子初動能。表面，其余部分為光電子初動能。 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逸出功與材料有關逸出功與材料有關 3. 愛因斯坦光子理論對光電效應的解釋愛因斯坦光子理論對光電效應的解釋愛因斯坦認為：愛因斯坦認為：光電效應是電子吸收光子能量產生的光電效應是電子吸收光子能量產生的1) 電子一旦吸收了一個光子的能量，就可以立刻從電子一旦吸收了一個光子的能量，就可以立刻從金屬表面逸出，所以無須時間累積。金屬表面逸出，所以無須時間累積。 2) )光強大，光子數多，釋放的光電

8、子也多，所以光強大，光子數多，釋放的光電子也多，所以 飽和光電流也大。飽和光電流也大。3)3) 從方程可以看出光電子初動能和照射光從方程可以看出光電子初動能和照射光頻率成頻率成線性關系。線性關系。221 mWh 紅限頻率：紅限頻率：產生光電效應的條件：產生光電效應的條件：hW =0)=初動能為零（ohW0 例題例題 波長為波長為 4000 的單色光照射在逸出功為的單色光照射在逸出功為 2.0 的金屬材料上，求：光電子的初動能，截止電壓，紅的金屬材料上，求：光電子的初動能，截止電壓，紅限頻率限頻率AeV解：解：由光電效應方程：由光電效應方程：221 mWh J1077. 1106 . 10 .

9、21040001031063. 6W-191910-834k-W- hchE截止電壓截止電壓V106. 1106 . 11077. 1211919020 -eEUmeUk 紅限頻率紅限頻率HzhWhWoo1434-19-108 . 41063. 6106 . 10 . 2=eV)106. 1106 . 11077. 11919（ 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1.0m . 光源的功率為光源的功率為1W，發射波長，發射波長589nm的單色光的單色光 . 假定光源向各個方向發射假定光源向各個方向發射的能量是相同的，試計算在單位時間內落在的能量是相同的，試計算在單位時間內

10、落在薄圓片上的光子數薄圓片上的光子數 .m100 . 13解解2623m10)m100 . 1 (S111s104 . 7hcEhENSNhE =24rP=E-17-J.s105 . 2=:1mr =？子，需加多大的負電勢個光電池，問要遏止電的光照射這的負電勢。如果用波長電子達到陽極，需要為了遏止所有）照射某一光電池時，例：當鈉光燈的黃光（0/0400030. 05893AVA VehcUUAUUehcWUehchWeUhchWeUheUmUWmh30. 110400011058931106 . 11031063. 630. 0114000112121101019834000000000202

11、 電電勢勢的的大大小?。旱牡墓夤庹照丈渖鋾r時所所需需的的遏遏止止長長將將數數據據代代入入，可可算算出出波波，兩兩式式相相減減，得得：可可分分別別有有：，對對題題中中的的兩兩種種波波長長，所所以以，因因為為）即即遏遏止止電電勢勢差差大大小小為為（陽陽極極相相對對于于陰陰極極而而言言的的負負電電勢勢，為為了了遏遏止止電電子子，所所需需：解解：根根據據愛愛因因斯斯坦坦方方程程同種物質的同種物質的W應一樣應一樣光電倍增管光電倍增管放大器放大器接控制機構接控制機構光光光控繼電器示意圖光控繼電器示意圖三三 光電效應在近代技術中的應用光電效應在近代技術中的應用光控繼電器、自動控制、光控繼電器、自動控制、自動

12、計數、自動報警等自動計數、自動報警等.四四 光的波粒二象性光的波粒二象性（2）粒子性：光電效應等粒子性：光電效應等（1）波動性：光的干涉和衍射波動性：光的干涉和衍射pcEE ,00,h=2mcE =光子：光子： hchcEp=光子：光子：20222EcpE相對論能量和動量關系相對論能量和動量關系能量和動能的關系：0EEEK hE 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(3) (3) 光的本性：光的本性：光同時具有波、粒二象性，光同時具有波、粒二象性，波、粒二象性的聯系：波、粒二象性的聯系：光的性質光的性質不同側面不同側面波動性波動性突出表現在突出表現在傳播過程傳播

13、過程中中（干涉、衍射）（干涉、衍射）粒子性粒子性突出表現在與物質突出表現在與物質相互作用相互作用中中（光電效應、康普頓效應、）（光電效應、康普頓效應、）單純用單純用波動波動粒子粒子均不能完整地描述光的性質均不能完整地描述光的性質用量子力學描述：光是一種用量子力學描述：光是一種幾率波幾率波幾率：粒子性，幾率：粒子性， 波：波動性，波：波動性，幾率波：幾率波：包含了波、粒二象性特征，是對波、粒包含了波、粒二象性特征，是對波、粒 二象性的完整描述。二象性的完整描述。子的能量和動量。）的一個光）及硬倫琴射線（例：計算紅光（020116000AA1241034221510834222221271034111910834111111063. 61000. 11063. 61099. 11000. 11031063. 61010. 11060001063. 61031. 31060001031063. 6smkghpJhchpsmkghpJhchp分別為：和動量硬倫琴射線的能量分別為：及動量解：紅光的光子能量小結：小結：1 愛因斯坦愛因斯坦光量子假設光量子假設 光具有粒子性2 2、光的本性：光的本性：光同時具有波、粒二象性，光同時具有波、粒二象性，波、粒二象性的聯系：波、粒二象性的聯系