光电效应光的波粒二象性课件

,大学物理,15-2,光,电效应 光的波粒二象性,9/21/2024,理学院 物理系,15-2,光电效应 光的波粒二象性,一、光电效应的实验规律,1、光电效应,在光的照射下，金属中的电子吸收光能而逸出金属表面的现象。,这些逸出的电子被称为光电子。,其形成的电流称为光电流。,2、实验装置,K,金属电极（阴极）,A,阳极,G,A,K,光,V,光电子,(1) 饱和光电流强度,i,m,与入射 光强,I,成正比,3、实验规律,说明被光照射的电极上，单位时间内释出的光电子数与入射光的强度成正比。,U,a,：称为,遏止电势差,光电子的最大初动能,i,0,U,i,m,2,i,m,1,I,1,I,2,光强,I,2,I,1,-U,a,(2) 光电子的初动能随入射光的,频率,线性增加，,而与入射光的,强度,无关。,4.0,6.0,8.0,10.0,(10,14,Hz),0.0,1.0,2.0,U,a,(,V,),Cs,Na,Ca,(3)只有当入射光频率,大于一定的频率,0,时才会产,生光电效应,0,称为截止频率或红限频率,(4)光电效应是瞬时发生的,驰豫时间不超过10,-9,s,二、经典物理学所遇到的困难,按照光的经典电磁理论：,3、电子积累能量需要一段时间，光电效应不可能瞬 时发生。,三、爱因斯坦光电效应方程,1、光电效应不应存在截止频率；,1、爱因斯坦光量子假说(1905),(1)一束光: 是一束以光速运动的粒子流，这些粒子称为,光子,（或称,光量子,）,2、逸出光电子的,初动能应随光,强增大而增大，,与频率无关；,(3)光的强度决定于单位时间内通过单位面积的 光子数,N,:,2、爱因斯坦光电效应方程,A,为该金属材料的逸出功,根据能量守恒，可得：,当频率为,光照射金属时，,一个电子是瞬间接收一个光子,全部能量,，若获得能量足以挣脱金属束缚，那么电子就可以释放出来，实现,光电效应。,(2)每个光子的能量:,3、光子理论对光电效应的解释,(1)当入射光的频率一定时，入射光越强则光子数,N,就越多，单位时间产生的光电子数就越多，饱,合光电流就越大。,(2),比较,与频率成线性关系，而与光的强度无关,可见,(3)若能发生光电效应必要求,(4)一个光子能量是整体的被电子吸收，不需要时间积,累，因此光电效应的弛豫时间可很短。,为红限频率,四、光的波粒二象性,光子质量,光子能量,1、光子能量、质量与动量,光子动量,2、光的“波粒二象性”,(1)在,如光的干涉、衍射、偏振等实验现象中，光显,示出波动性；,(2)在,如,热辐射、光电效应、,康普顿效应,等,实验现象,中,光显示出粒子性。,爱因斯坦“因在数学物理方面的成就，尤其发现了光电效应,实验,规律”，获得了1921年诺贝尔物理奖。,光具有“波粒二象性”,例15-2,：,在,光电效应实验中，已知阴极材料的逸出功,A,，,照射光的频率,o,，,求：(1)红限,o,；(2)遏止电压,U,a,。,(2),解：,(,1),光电效应的应用,光电管: 光电开关, 红外成像仪,光电传感器等,光电倍增管: (微光)夜视仪,测量波长在 2001200 nm 极微弱光的功率,