第二光电效应和爱因斯坦的光量子论-课件

第二节光电效应和爱因斯坦的光量子论第二节1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光电效应是赫兹在1887年发现的.1896年汤姆逊发现了电2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

∝（I,v)AKUiS3iS1iS2I1I2I3UaUiI1>I2>I3Ua0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i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3二.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10–9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。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4

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=h1.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=Nh

N粒子流密度

光强不变：即I=N

h不变

若

则N

一个光子只能整个地被电子吸收光量子具有“整体性”电磁辐射由以光速运动的局限于空间52.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。

2.对光电效应的解释光是光子流，每一光子能量为h，61916年密立根实验

h=6.5710-34Js证实了爱因斯坦理论4.06.08.010.0(1014Hz)0.01.02.0Uc(V)CsNaCa1916年密立根实验h=6.5710-34Js7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。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198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

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9五、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102.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式中波矢量2.基本关系式粒子性：能量动量P数量N波动性113.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NIE02粒子性:某处明亮则某处光子多即N大3.波动性和粒子性的统一光作为电磁波是弥散在空间光作为粒子12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单缝衍射光子在某处出现的概率和该处光振幅的平方成正比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13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200~1200nm

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。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14光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等.放大器接控件机构光光控继电器示意图光控继电器、自动控制、放大器接控件机构光光控继电器示意图15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，两式相减例题当钠光灯的黄光照射某一光电池时，为了遏止所有16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=0.6cm，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m＝5400埃，铝的红限波长为m‘＝2960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)石英半透明

铝膜钠棒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17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18由上面方程可得由上面方程可得19

例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.解例设有一半径为20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：()ooo(D)答案：(D)uI(B)uI(C)ouIuI(A)(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)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21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)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22第二节光电效应和爱因斯坦的光量子论第二节23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光电效应是赫兹在1887年发现的.1896年汤姆逊发现了电24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

∝（I,v)AKUiS3iS1iS2I1I2I3UaUiI1>I2>I3Ua0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i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25二.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10–9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。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26

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=h1.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=Nh

N粒子流密度

光强不变：即I=N

h不变

若

则N

一个光子只能整个地被电子吸收光量子具有“整体性”电磁辐射由以光速运动的局限于空间272.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。

2.对光电效应的解释光是光子流，每一光子能量为h，281916年密立根实验

h=6.5710-34Js证实了爱因斯坦理论4.06.08.010.0(1014Hz)0.01.02.0Uc(V)CsNaCa1916年密立根实验h=6.5710-34Js29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。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1930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

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31五、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322.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式中波矢量2.基本关系式粒子性：能量动量P数量N波动性333.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NIE02粒子性:某处明亮则某处光子多即N大3.波动性和粒子性的统一光作为电磁波是弥散在空间光作为粒子34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单缝衍射光子在某处出现的概率和该处光振幅的平方成正比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35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200~1200nm

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。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36光控继电器、自动控制、自动计数、自动报警等.放大器接控件机构光光控继电器示意图光控继电器、自动控制、放大器接控件机构光光控继电器示意图37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，两式相减例题当钠光灯的黄光照射某一光电池时，为了遏止所有38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=0.6cm，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m＝5400埃，铝的红限波长为m‘＝2960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)石英半透明

铝膜钠棒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39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