光电效应

nullnull第三节 光电效应 光的波粒二象性null 一、光电效应的实验规律nullOOOOOOVGAKBOOm光电效应实验装置 一、光电效应的实验规律nullOOOOOOVGAKBOOmIUaOU光 强 较 弱光电效应伏安特性曲线光电效应实验装置遏 止 电 压 一、光电效应的实验规律nullOOOOOOVGAKBOOmIIsUaOU光 强 较 弱光电效应伏安特性曲线光电效应实验装置遏 止 电 压饱 和 电 流 一、光电效应的实验规律nullOOOOOOVGAKBOOmIIsUaOU光 强 较 强光 强 较 弱光电效应伏安特性曲线光电效应实验装置遏 止 电 压饱 和 电 流 一、光电效应的实验规律null 1. 光电流与入射光光强的关系 null 1. 光电流与入射光光强的关系 实验指出：在入射光频率不变时，饱和光电流和入射光光强成正比。 null 1. 光电流与入射光光强的关系 实验指出：在入射光频率不变时，饱和光电流和入射光光强成正比。 结论：单位时间内电极上逸出的光电子数和 入射光光强成正比 . nullaa当反向电压加至时光电流为零，称U 为遏止电压。U 1. 光电流与入射光光强的关系 实验指出：在入射光频率不变时，饱和光电流和入射光光强成正比。 结论：单位时间内电极上逸出的光电子数和 入射光光强成正比 . nullaa当反向电压加至时光电流为零，称U 2 . 光电子初动能和入射光频率的关系 为遏止电压。U 1. 光电流与入射光光强的关系 实验指出：在入射光频率不变时，饱和光电流和入射光光强成正比。 结论：单位时间内电极上逸出的光电子数和 入射光光强成正比 . nullaa当反向电压加至时光电流为零，称U 2 . 光电子初动能和入射光频率的关系 遏止电压的存在说明光电子具有初动能，为遏止电压。U 1. 光电流与入射光光强的关系 实验指出：在入射光频率不变时，饱和光电流和入射光光强成正比。 结论：单位时间内电极上逸出的光电子数和 入射光光强成正比 . nulla当反向电压加至时光电流为零，称U 2 . 光电子初动能和入射光频率的关系 遏止电压的存在说明光电子具有初动能，且：为遏止电压。12mUa=(1)...ev2 1. 光电流与入射光光强的关系 实验指出：在入射光频率不变时，饱和光电流和入射光光强成正比。 结论：单位时间内电极上逸出的光电子数和 入射光光强成正比 . null 实验指出遏止电压和入射光频率有线性 关系，即： null 实验指出遏止电压和入射光频率有线性 关系，即： n (2)UaUok=...null 实验指出遏止电压和入射光频率有线性 关系，即： n (2)UaUok=...和金属有关的恒量Uonull 实验指出遏止电压和入射光频率有线性 关系，即： n (2)UaUok=...和金属无关的普适恒量和金属有关的恒量kUonulln (2)UaUok=...nulloUaννo遏止电压与 入射光频率的 实验曲线n (2)UaUok=...nulloUaννo遏止电压与 入射光频率的 实验曲线由式（1），（2）得：1220mvkeU=-nen (2)UaUok=...nulloUaννo遏止电压与 入射光频率的 实验曲线由式（1），（2）得：122mvkeU=-nen (2)UaUok=...结论：光电子初动能和入射光频率成正比， 与入射光光强无关。0null 3. 对于给定的金属，当照射光频率小于某0强都不会产生光电效应。（称为红限）时，无论照射光多一数值nnull 因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件 是： 3. 对于给定的金属，当照射光频率小于某0强都不会产生光电效应。（称为红限）时，无论照射光多一数值nnull 因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件 是：0UKν 3. 对于给定的金属，当照射光频率小于某0强都不会产生光电效应。（称为红限）时，无论照射光多一数值nnull 因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件 是：0UK=0UKν0称为红限ν 3. 对于给定的金属，当照射光频率小于某0强都不会产生光电效应。（称为红限）时，无论照射光多一数值nnull 因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件 是：0UK=0UKν0称为红限ν 4 . 光电效应瞬时响应性质 3. 对于给定的金属，当照射光频率小于某0强都不会产生光电效应。（称为红限）时，无论照射光多一数值nnull 因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件 是：0UK=0UKν0称为红限的时间。10- 9sν 4 . 光电效应瞬时响应性质 实验发现，无论光强如何微弱，从光照射到光 电子出现只需要 3. 对于给定的金属，当照射光频率小于某0强都不会产生光电效应。（称为红限）时，无论照射光多一数值nnull 3. 对于给定的金属，当照射光频率小于某 因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件 是：0UK=0UKν0称为红限0 4 . 光电效应瞬时响应性质 实验发现，无论光强如何微弱，从光照射到光 电子出现只需要结论：光电效应的产生几乎无需时间的累积强都不会产生光电效应。（称为红限）时，无论照射光多一数值n的时间。10- 9sνnull几种金属的红限及逸出功钯 Pd金 Au汞 Hg钛 Ti铯 Cs12.111.610.99.9248025802750303065201.94.14.54.85.0金 属红 限逸 出 功(Hz)(A)λνc04.8=ν0（eV)+10140null经典电磁波理论的缺陷null 1. 按经典理论光电子的初动能应决定 于入射光的光强，而不决定于光的频率。 经典电磁波理论的缺陷null 1. 按经典理论光电子的初动能应决定 于入射光的光强，而不决定于光的频率。 2. 无法解释红限的存在。 经典电磁波理论的缺陷null 1. 按经典理论光电子的初动能应决定 于入射光的光强，而不决定于光的频率。 2. 无法解释红限的存在。 3. 无法解释光电效应的产生几乎无须 时间的积累。经典电磁波理论的缺陷null电子的动能，即：二、爱因斯坦方程 光子 爱因斯坦光子假说：一束光是以光速C 运 动的粒子（称为光子）流，光子的能量为：他认为金属中的自由电子吸收一个光子能量以后，一部分用于电子从金属表面逸出所需的逸出功A ，一部分转化为光——爱因斯坦 光电效应方程null 3. 从方程可以看出光电子初动能和照射 光的频率成线性关系 4.从光电效应方程中，当初动能为零时， 可得到红限频率： 爱因斯坦对光电效应的解释： 1. 光强大，光子数多，释放的光电子也 多，所以光电流也大。 2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属 表面逸出，所以无须时间的累积。 null光子的能量、质量和动量因为： 由于光子速度恒为C，所以光子的“静 止质量”为零. 光子的动量：光子质量:例1：试求用波长  的光照射在铯的感光片上时，铯所放出的光电子速度 vmax 和遏止电压Ua（设铯红限为 o >  ）。例1：试求用波长  的光照射在铯的感光片上时，铯所放出的光电子速度 vmax 和遏止电压Ua（设铯红限为 o >  ）。 例1：试求用波长  的光照射在铯的感光片上时，铯所放出的光电子速度 vmax 和遏止电压Ua（设铯红限为 o >  ）。例1：试求用波长  的光照射在铯的感光片上时，铯所放出的光电子速度 vmax 和遏止电压Ua（设铯红限为 o >  ）。解：爱因斯坦方程：mvmax2/ 2 = h - A 例1：试求用波长  的光照射在铯的感光片上时，铯所放出的光电子速度 vmax 和遏止电压Ua（设铯红限为 o >  ）。例1：试求用波长  的光照射在铯的感光片上时，铯所放出的光电子速度 vmax 和遏止电压Ua（设铯红限为 o >  ）。解：爱因斯坦方程：mvmax2/ 2 = h - A vmax =[ 2( h - A ) /m ]1/2 例1：试求用波长  的光照射在铯的感光片上时，铯所放出的光电子速度 vmax 和遏止电压Ua（设铯红限为 o >  ）。例1：试求用波长  的光照射在铯的感光片上时，铯所放出的光电子速度 vmax 和遏止电压Ua（设铯红限为 o >  ）。解：爱因斯坦方程：mvmax2/ 2 = h - A vmax =[ 2( h - A ) /m ]1/2 =[ 2 (hc / - hc / o ) /m ]1/2 例1：试求用波长  的光照射在铯的感光片上时，铯所放出的光电子速度 vmax 和遏止电压Ua（设铯红限为 o >  ）。例1：试求用波长  的光照射在铯的感光片上时，铯所放出的光电子速度 vmax 和遏止电压Ua（设铯红限为 o >  ）。解：爱因斯坦方程：mvmax2/ 2 = h - A vmax =[ 2( h - A ) /m ]1/2 =[ 2 (hc / - hc / o ) /m ]1/2 |Ua | = ( mvmax2/ 2) / e 例1：试求用波长  的光照射在铯的感光片上时，铯所放出的光电子速度 vmax 和遏止电压Ua（设铯红限为 o >  ）。例1：试求用波长  的光照射在铯的感光片上时，铯所放出的光电子速度 vmax 和遏止电压Ua（设铯红限为 o >  ）。解：爱因斯坦方程：mvmax2/ 2 = h - A vmax =[ 2( h - A ) /m ]1/2 =[ 2 (hc / - hc / o ) /m ]1/2 |Ua | = ( mvmax2/ 2) / e = ( h - A ) / e 例1：试求用波长  的光照射在铯的感光片上时，铯所放出的光电子速度 vmax 和遏止电压Ua（设铯红限为 o >  ）。例1：试求用波长  的光照射在铯的感光片上时，铯所放出的光电子速度 vmax 和遏止电压Ua（设铯红限为 o >  ）。解：爱因斯坦方程：mvmax2/ 2 = h - A vmax =[ 2( h - A ) /m ]1/2 =[ 2 (hc / - hc / o ) /m ]1/2 |Ua | = ( mvmax2/ 2) / e = ( h - A ) / e = hc ( 1/ - 1/ o ) / e 例2：当  1= 5893 A 光照射某一光电池时，为了遏止所有电子到达阳极，需要 0.30 V的负电势。如果用  2 = 4000 A 光照射该光电池时，求遏止电压 Ua 2例2：当  1= 5893 A 光照射某一光电池时，为了遏止所有电子到达阳极，需要 0.30 V的负电势。如果用  2 = 4000 A 光照射该光电池时，求遏止电压 Ua 2 OO例2：当  1= 5893 A 光照射某一光电池时，为了遏止所有电子到达阳极，需要 0.30 V的负电势。如果用  2 = 4000 A 光照射该光电池时，求遏止电压 Ua 2例2：当  1= 5893 A 光照射某一光电池时，为了遏止所有电子到达阳极，需要 0.30 V的负电势。如果用  2 = 4000 A 光照射该光电池时，求遏止电压 Ua 2解：因为 |Ua | = hc ( 1/ - 1/ o ) / e ，OO例2：当  1= 5893 A 光照射某一光电池时，为了遏止所有电子到达阳极，需要 0.30 V的负电势。如果用  2 = 4000 A 光照射该光电池时，求遏止电压 Ua 2例2：当  1= 5893 A 光照射某一光电池时，为了遏止所有电子到达阳极，需要 0.30 V的负电势。如果用  2 = 4000 A 光照射该光电池时，求遏止电压 Ua 2解：因为 |Ua | = hc ( 1/ - 1/ o ) / e ， 所以 |Ua 2 | - |Ua1 | = hc ( 1/ 2 - 1/ 1 ) / e OO例2：当  1= 5893 A 光照射某一光电池时，为了遏止所有电子到达阳极，需要 0.30 V的负电势。如果用  2 = 4000 A 光照射该光电池时，求遏止电压 Ua 2例2：当  1= 5893 A 光照射某一光电池时，为了遏止所有电子到达阳极，需要 0.30 V的负电势。如果用  2 = 4000 A 光照射该光电池时，求遏止电压 Ua 2解：因为 |Ua | = hc ( 1/ - 1/ o ) / e ， 所以 |Ua 2 | - |Ua1 | = hc ( 1/ 2 - 1/ 1 ) / e 故 |Ua 2 | = |Ua1 | + hc ( 1/ 2 - 1/ 1 ) / e OO例2：当  1= 5893 A 光照射某一光电池时，为了遏止所有电子到达阳极，需要 0.30 V的负电势。如果用  2 = 4000 A 光照射该光电池时，求遏止电压 Ua 2例2：当  1= 5893 A 光照射某一光电池时，为了遏止所有电子到达阳极，需要 0.30 V的负电势。如果用  2 = 4000 A 光照射该光电池时，求遏止电压 Ua 2解：因为 |Ua | = hc ( 1/ - 1/ o ) / e ， 所以 |Ua 2 | - |Ua1 | = hc ( 1/ 2 - 1/ 1 ) / e 故 |Ua 2 | = |Ua1 | + hc ( 1/ 2 - 1/ 1 ) / e =1.30 V OO例3: 光电管的阴极用逸出功 A=2.2eV的金属制成，今用一单色光照射此光电管，阴极发射出光电子，测得遏止电压为Ua=5.0V，试求(1)光电管阴极金属的光电效应红限波长 ，(2)入射光波长。例3: 光电管的阴极用逸出功 A=2.2eV的金属制成，今用一单色光照射此光电管，阴极发射出光电子，测得遏止电压为Ua=5.0V，试求(1)光电管阴极金属的光电效应红限波长 ，(2)入射光波长。 例3: 光电管的阴极用逸出功 A=2.2eV的金属制成，今用一单色光照射此光电管，阴极发射出光电子，测得遏止电压为Ua=5.0V，试求(1)光电管阴极金属的光电效应红限波长 ，(2)入射光波长。例3: 光电管的阴极用逸出功 A=2.2eV的金属制成，今用一单色光照射此光电管，阴极发射出光电子，测得遏止电压为Ua=5.0V，试求(1)光电管阴极金属的光电效应红限波长 ，(2)入射光波长。解：(1) 因为 A=ho=hc / o ，例3: 光电管的阴极用逸出功 A=2.2eV的金属制成，今用一单色光照射此光电管，阴极发射出光电子，测得遏止电压为Ua=5.0V，试求(1)光电管阴极金属的光电效应红限波长 ，(2)入射光波长。例3: 光电管的阴极用逸出功 A=2.2eV的金属制成，今用一单色光照射此光电管，阴极发射出光电子，测得遏止电压为Ua=5.0V，试求(1)光电管阴极金属的光电效应红限波长 ，(2)入射光波长。解：(1) 因为 A=ho=hc / o ，所以  o = hc /A 例3: 光电管的阴极用逸出功 A=2.2eV的金属制成，今用一单色光照射此光电管，阴极发射出光电子，测得遏止电压为Ua=5.0V，试求(1)光电管阴极金属的光电效应红限波长 ，(2)入射光波长。例3: 光电管的阴极用逸出功 A=2.2eV的金属制成，今用一单色光照射此光电管，阴极发射出光电子，测得遏止电压为Ua=5.0V，试求(1)光电管阴极金属的光电效应红限波长 ，(2)入射光波长。解：(1) 因为 A=ho=hc / o ，所以  o = hc /A =6.6310-34  3108/2.21.610-19 例3: 光电管的阴极用逸出功 A=2.2eV的金属制成，今用一单色光照射此光电管，阴极发射出光电子，测得遏止电压为Ua=5.0V，试求(1)光电管阴极金属的光电效应红限波长 ，(2)入射光波长。例3: 光电管的阴极用逸出功 A=2.2eV的金属制成，今用一单色光照射此光电管，阴极发射出光电子，测得遏止电压为Ua=5.0V，试求(1)光电管阴极金属的光电效应红限波长 ，(2)入射光波长。解：(1) 因为 A=ho=hc / o ，所以  o = hc /A =6.6310-34  3108/2.21.610-19 =5.65  10-7 m 例3: 光电管的阴极用逸出功 A=2.2eV的金属制成，今用一单色光照射此光电管，阴极发射出光电子，测得遏止电压为Ua=5.0V，试求(1)光电管阴极金属的光电效应红限波长 ，(2)入射光波长。例3: 光电管的阴极用逸出功 A=2.2eV的金属制成，今用一单色光照射此光电管，阴极发射出光电子，测得遏止电压为Ua=5.0V，试求(1)光电管阴极金属的光电效应红限波长 ，(2)入射光波长。解：(1) 因为 A=ho=hc / o ，所以  o = hc /A =6.6310-34  3108/2.21.610-19 =5.65  10-7 m = 0.565  (2)根据爱因斯坦方程 hυ= Ek，max + A (2)根据爱因斯坦方程 hυ= Ek，max + A 遏止电压与光电子最大动能的关系 Ek,max= eUa (2)根据爱因斯坦方程 hυ= Ek，max + A 遏止电压与光电子最大动能的关系 Ek,max= eUa 消去 Ek,max ，整理可得入射光波长λ为 λ= hc /( eUa+ A ) (2)根据爱因斯坦方程 hυ= Ek，max + A 遏止电压与光电子最大动能的关系 Ek,max= eUa 消去 Ek,max ，整理可得入射光波长λ为 λ= hc /( eUa+ A ) 6.63×10-34 ×3×10-8 (5 + 2.2)×1.6×10-19 = (2)根据爱因斯坦方程 hυ= Ek，max + A 遏止电压与光电子最大动能的关系 Ek,max= eUa 消去 Ek,max ，整理可得入射光波长λ为 λ= hc /( eUa+ A ) 6.63×10-34 ×3×10-8 (5 + 2.2)×1.6×10-19 = 1.73×10-7m = (2)根据爱因斯坦方程 hυ= Ek，max + A 遏止电压与光电子最大动能的关系 Ek,max= eUa 消去 Ek,max ，整理可得入射光波长λ为 λ= hc /( eUa+ A ) 6.63×10-34 ×3×10-8 (5 + 2.2)×1.6×10-19 = 1.73×10-7m = 0.173 μ =三、光的波粒二象性三、光的波粒二象性 三、光的波粒二象性三、光的波粒二象性 光既具有波动性又具有粒子性三、光的波粒二象性三、光的波粒二象性 光既具有波动性又具有粒子性 波动性：干涉、衍射、...... 三、光的波粒二象性三、光的波粒二象性 光既具有波动性又具有粒子性 波动性：干涉、衍射、...... 粒子性：光电效应、康普顿效应、......三、光的波粒二象性三、光的波粒二象性 光既具有波动性又具有粒子性 波动性：干涉、衍射、...... 粒子性：光电效应、康普顿效应、...... 低频或长波区域 ——波动性显著 三、光的波粒二象性三、光的波粒二象性 光既具有波动性又具有粒子性 波动性：干涉、衍射、...... 粒子性：光电效应、康普顿效应、...... 低频或长波区域 ——波动性显著 超高频区域 ——粒子性显著