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1、第二节 光电效应和爱因斯坦的光量子论,光电效应是赫兹在1887年发现的.1896年汤姆逊发现了电子之后,勒纳德证明了光电效应中发出的是电子,光电效应:光照射某些金属时能从表面释放出电子的效应产生的电子称为光电子,伏安特性曲线,一.光电效应的实验规律,饱和电流 iS,遏止电压 Ua,iS 光电子数,I,iS3,iS1,iS2,I1,I2,I3,Ua,U,i,I1I2I3,0,光电子最大初动能和 成线性关系,截止频率 0,即时发射,迟滞时间不超过 10-9 秒,遏止电压与频率关系曲线,和v 成线性关系,二.经典物理与实验规律的矛盾,电子在电磁波作用下作受迫振动，直到获得足够能量(与 光强 I 有关
2、)逸出，不应存在红限 0。,当光强很小时，电子要逸出，必须经较长时间的能量积累。,只有光的频率 0 时，电子才会逸出。,逸出光电子的多少取决于光强 I。,光电子即时发射，滞后时间不超过 109 秒。,总结,光电子最大初动能和光频率 成线性关系。,光电子最大初动能取决于光强，和光的频率 无关。,光量子具有“整体性”光的发射、传播、吸收都是量子化的,电磁辐射由以光速运动的局限于空间某一小范围的光量子（光子）组成,=h,1.爱因斯坦光量子假设(1905年),三、爱因斯坦的光量子论,光强 单位时间打到单位面积上的粒子总能量 I=N h N 粒子流密度 光强不变：即 I=N h 不变 若 则 N 一个光
3、子只能整个地被电子吸收,2.对光电效应的解释,光是光子流，每一光子能量为 h，电子吸收一个光子,A 为逸出功,光强 I=Nh.I 越强,到阴极的光子越多,则逸出的光电子 越多。,电子吸收一个光子即可逸出，不需要长时间的能量积累。,光频率 A/h 时，电子吸收一个光子即可克服逸出功 A 逸出。,讨论,光电子最大初动能和光频率 成线性关系。,1916年密立根实验,h=6.5710-34 Js,证实了爱因斯坦理论,爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖,密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学
4、奖,。,光子动量,四.光的波粒二象性,光子能量,光子质量,光子静止质量 m0=0,五、光的波粒二象性,1.近代认为光具有波粒二象性,一些情况下 突出显示波动性 一些情况下 突出显示粒子性,粒子性,波动性,式中,波矢量,3.波动性和粒子性的统一,光作为电磁波是弥散在空间而连续的,光作为粒子在空间中是集中而分立的,波动性:某处明亮则某处光强大 即 I 大,怎样统一?,光子数 N I E02,粒子性:某处明亮则某处光子多 即N大,光子在某处出现的概率由光在该处的强度决定,I 大 光子出现概率大,I小 光子出现概率小,统一于概率波理论,光子在某处出现的概率和该处光振幅的平方成正比,红外变像管,红外辐射
5、图像可见光图像,像增强器,微弱光学图像 高亮度可见光学图像,测量波长在 2001200 nm 极微弱光的功率,光电倍增管,六.光电效应的应用,光电成像器件能将可见或不可见的辐射图像转换或增强成为可观察记录、传输、储存的图像。,光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等.,例题当钠光灯的黄光照射某一光电池时，为了遏止所有电子达到阳极，需要0.3v的负电势，如果用波长的光照射这个光电池，问遏止电子需加入多大电动势？,解：由爱因斯坦方程,遏止电压Ua，,两式相减,例题一共轴系统的横截面如图所示，外面为石英圆筒，内壁敷上半透明的铝薄膜，内径r2=1cm，长20cm，中间为一圆柱形钠棒，半径r1=0.6
6、cm，长亦为20cm，整个系统置于真空中，今用波长3000埃的单色光照射系统，忽略边缘效应，求平衡时钠棒所带的电量，已知钠的红限波长为m5400埃，铝的红限波长为m2960埃(电子电量-e=1.610-19c，普朗克常量h=6.6310-34Js，真空介电常数0=8.8510-12Fm-1),红限波长,已知入射光波长,对铝:红限波长,对钠:红限波长,不能产生光电效应,能产生光电效应,解,钠在光照下,发射光电子,它们的最大初动能,这些光电子聚集在铝膜上,使钠棒和铝膜分别带上正负电荷Q,当它们之间电势差达到,时,系统达到平衡.,由高斯定理,忽略边缘效应,可求出钠棒与铝膜间的电场,由上面方程可得,例
7、 设有一半径为 的薄圆片，它距光源1.0m.此光源的功率为1W，发射波长为589nm的单色光.假定光源向各个方向发射的能量是相同的，试计算在单位时间内落在薄圆片上的光子数.,解,例题以一定频率的单色光照射在某金属上测出其光电流的曲线如图实线所示，然后在光强度不变的条件下增大照射光的频率，测出其光电流的曲线如图中虚线所示，满足题意的图是：(),o,o,o,(D),答案：(D),(1)、，若I不变，当 大，则N小，所以逸出的光电子数也就小Is小(Is：光电流饱和值),(2)、且 大遏止电压大(因为光电子的最大初动能也大),在均匀磁场B内放置一极薄的金属片，其红限波长为0，今用单色光照射，发现有电子放出，放出的电子(质量为m，电量的绝对值为e)在垂直于磁场的平面内作半径为R的圆周运动，那么此照射光光子的能量是：(),设电子逸出后速度为v,答案(B),
