大学物理：《光学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第七章（7-2）光电效应和爱因斯坦的光量子论

第二节 光电效应和爱因斯坦的光量子论

第二节 光电效应和爱因斯坦的光量子论

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 子之后,勒纳德证明了光电效应中发出的是电子

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

光电效应的实验规律 饱和电流is 光电子数 遏止电压Ua U mv 光电子最大初动能和v 成线性关系 ☆截止频率v 今即时发射 和v成线性关系一 迟滞时间不超过109秒 遏止电压与频率关系曲线

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 m m Ua e 2 2 1 v = I ∝ （I, v) K A U iS3 iS1 iS2 I1 I2 I3 Ua U i I1>I2>I3  Ua 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 i

+ 总结 只有光的频率v≥1时,电子才会逸出。 光电子最大初动能和光频率v成线性关系。 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。 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。 光电子最大初动能取决于光强,和光的频率v无关。 当光强很小时,电子要逸出,必须经较长时间的能量积累

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

三、爱因斯坦的光量子论 1爱因斯坦光量子假设(1905年) 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g=hv ●光量子具有“整体性” 光的发射、传播、吸收都是量子化的 光强 单位时间打到单位面积上的粒子总能量 I=NhvN粒子流密度 光强不变:即I=Nv不变 若v个则N↓ 个光子只能整个地被电子吸收

• 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hv,电子吸收一个光子 h=A+mUm4为逸出功 + 讨论 光频率γ>Ah时,电子吸收一个光子即可克服逸出功A 逸出。 °光电子最大初动能和光频率v成线性关系。 光强I=Mhv.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

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 2 2 m 1 h = A+ mv 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年密立根实验证实了爱因斯坦理论 eU=mv=hv-a h=6.57×1034Js U() cs a Ca 2.0 1.0 0.0 4.06.08.010.0(1014Hz)

1916年密立根实验 eU m h A a m = =  − 2 2 1 v h = 6.5710-34 Js 证实了爱因斯坦理论 4.0 6.0 8.0 10.0 (1014Hz) 0.0 1.0 2.0 Uc (V) Cs Na Ca U (V) a

爱因斯坦由于对光电效 密立根由于研究基本电荷和 应的理论解释和对理论 光电效应,特别是通过著名 物理学的贡献获得1921 的油滴实验,证明电荷有最 年诺贝尔物理学奖 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

四.光的波粒二象性 光子能量 E=mc=hv hy h 光子质量 Cc2光子静止质量m=0 hv h 光子动量 p=moc

   c h c h m = = 2    h c h 光子动量 p = m c = = 四. 光的波粒二象性   E = m c = h 2 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 粒子性 波动性 些情况下突出显示波动性 些情况下突出显示粒子性

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 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