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1、第22章 量子物理的基本概念,1,22.2 光电效应和爱因斯坦的光量子论,一、光电效应的实验规律,二、经典物理与实验规律的矛盾,三、爱因斯坦光子假说 光电效应方程,四、光子的性质,五、光的波粒二象性,第22章 量子物理的基本概念,2,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。,第22章 量子物理的基本概念,3,伏安特性曲线,一、光电效应的实验规律,1.饱和电流 iS,2.遏止电压 Ua,iS 光电子数,光强I,iS3,iS1,iS2,I1,I2,I3,Ua,U,
2、i,I1I2I3,遏止电压,饱和电流,相当于单位时间从K极释放的e全部到达阳极A。,同一频率的光照射时，光电子最大初动能和入射光强度I无关。,遏止电压的存在说明光电子具有初动能,第22章 量子物理的基本概念,4,0,遏止电压与频率关系曲线,光电子最大初动能和 呈线性关系,实验指出：遏止电压和入射光频率有线性关系，即：,U0 和金属有关的恒量 k 和金属无关的普适恒量,3.截止频率 0,对于给定金属，当照射光频率小于某一数值0（称为红限）时，无论光强多大、照射时间多长都不会产生光电效应。,Cs,Ca,Na,不同材料截止频率不同,第22章 量子物理的基本概念,5,4.即时发射,迟滞时间不超过 10
3、-9 s,几种金属的红限及逸出功,因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件是：,第22章 量子物理的基本概念,6,二、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)逸出，不应存在红限 0。,当光强很小时，电子逸出须经较长时间能量积累。,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 109s。,总结,光电子最大初动能和光频率 呈线性关系。,光电子最大初动能取决于光强，与光的频率 无关,第22章 量子物理的基本概念,7,三、爱因斯坦光子假说 光电效应方程,光是光子流，每一光子能量为h，电子吸收一
4、个光子,A 为逸出功,单位时间到达单位垂直面积的光子数为N，则光强 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 呈线性关系。,第22章 量子物理的基本概念,8,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光量子（光子）组成,1.爱因斯坦光量子假设(1905年),光强:单位时间打到单位面积上的粒子总能量 N粒子流密度 光强不变,即 I 不变;若 则 N 一个光子只能整个地被电子吸收,第22章 量子物理的
5、基本概念,9,2.对光电效应的解释 一个光子将全部能量交给一个电子，电子克服金属对它的束缚，从金属中逸出。,A：逸出功,光电效应方程,当 A/h 时 不发生光电效应,红限频率,I 光子数N 打出光电子多 im,在确定的光强下 I=N h 打出的最多电子数就是 N 饱和电流,光量子假设解释了光电效应的全部实验规律！,光子打出光电子是瞬时发生的,遏止电压与最大动能,第22章 量子物理的基本概念,10,1916年密立根实验,h=6.5710-34 Js,证实了爱因斯坦理论,第22章 量子物理的基本概念,11,红外变像管,红外辐射图像可见光图像,像增强器,微弱光学图像 高亮度可见光学图像,测量波长在
6、2001200 nm 极微弱光的功率,光电倍增管,3.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。,第22章 量子物理的基本概念,12,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年诺贝尔物理学奖。,第22章 量子物理的基本概念,13,四、光子的性质,能量,质量,但光子静止质量 m0=0,动量,角动量,在运动方向上,第22章 量子物理的基本概念,14,五、光的波粒二象性,1.近代认为光具有波粒二象性,2.基本关系式,粒子性：能量 动量P 数量N,波动性：波长 频率 振幅E0,一些情况下 突出显示波动性 一些情况下 突出显示粒子性,不是经典的波 不是经典的粒子,光的本性 波粒二象性,
