物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性一一 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律（1）實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置 光照射至金屬表面光照射至金屬表面, 電子從金電子從金屬表面逸出屬表面逸出, 稱(chēng)其為稱(chēng)其為光電子光電子.（2）實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)規(guī)律 截止頻率（紅限）截止頻率（紅限）0 幾種純幾種純金屬的金屬的截截止止頻率頻率0 僅當(dāng)僅當(dāng) 才發(fā)生光電效應(yīng)，才發(fā)生光電效應(yīng)，截止頻率與截止頻率與材料有關(guān)材料有關(guān)與與光強(qiáng)無(wú)關(guān)光強(qiáng)無(wú)關(guān) . .金屬金屬截止頻率截止頻率Hz)10/(1404.545 4.398.065 11.53銫銫 鈉鈉 鋅鋅 銥銥 鉑鉑 19.29VA物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性1I2Iim1im2io0UU12II 電流飽和值電流飽和值mi 遏止電壓遏止電壓0U 瞬時(shí)性瞬時(shí)性 遏止電勢(shì)差與入射光頻率遏止電勢(shì)差與入射光頻率具有線性關(guān)系具有線性關(guān)系.maxk,0EeU 當(dāng)光照射到金屬表面上時(shí)，當(dāng)光照射到金屬表面上時(shí)，幾乎立即就有光電子逸出幾乎立即就有光電子逸出（光強(qiáng)）（光強(qiáng)）Ii m遏止電壓遏止電壓 與光強(qiáng)無(wú)關(guān)與光強(qiáng)無(wú)關(guān)0U0U0銫銫 鋅鋅 鉑鉑物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性 按經(jīng)典理論，電子逸出金屬所需的能量，需要有按經(jīng)典理論，電子逸出金屬所需的能量，需要有一定的時(shí)間來(lái)積累，一直積累到足以使電子逸出金屬一定的時(shí)間來(lái)積累，一直積累到足以使電子逸出金屬表面為止表面為止. .與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符 . .（3 3）經(jīng)典理論遇到的困難經(jīng)典理論遇到的困難 紅限問(wèn)題紅限問(wèn)題 瞬時(shí)性問(wèn)題瞬時(shí)性問(wèn)題 按經(jīng)典理論按經(jīng)典理論, ,無(wú)論何種頻率的入射光無(wú)論何種頻率的入射光, ,只要其強(qiáng)度只要其強(qiáng)度足夠大，就能使電子具有足夠的能量逸出金屬足夠大，就能使電子具有足夠的能量逸出金屬 . .與實(shí)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符驗(yàn)結(jié)果不符. . 物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性二二 光子光子 愛(ài)因斯坦方程愛(ài)因斯坦方程（1） “光量子光量子”假設(shè)假設(shè)h光子的能量為光子的能量為（2） 解釋實(shí)驗(yàn)解釋實(shí)驗(yàn)愛(ài)因斯坦方程愛(ài)因斯坦方程Wmh221v 逸出功與逸出功與材料有關(guān)材料有關(guān) 對(duì)同一種金屬，對(duì)同一種金屬， 一定，一定， ，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)kEW幾種金屬的逸出功幾種金屬的逸出功金屬金屬鈉鈉 鋁鋁 鋅鋅 銅銅 銀銀 鉑鉑eV/W1.90 2.462.50 3. 603.32 3.574.10 4.504.56 4.736.30物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性 逸出功逸出功0hW 愛(ài)因斯坦方程愛(ài)因斯坦方程Wmh221vhW0產(chǎn)生光電效應(yīng)條件條件產(chǎn)生光電效應(yīng)條件條件（截止頻率）（截止頻率） 光強(qiáng)越大，光子數(shù)目越多，即單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光電光強(qiáng)越大，光子數(shù)目越多，即單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光電 子數(shù)目越多，光電流越大子數(shù)目越多，光電流越大.（ 時(shí)）時(shí)）0 光子射至金屬表面，一個(gè)光子攜帶的能量光子射至金屬表面，一個(gè)光子攜帶的能量 將一將一 次性被一個(gè)電子吸收，若次性被一個(gè)電子吸收，若 ，電子立即逸出，電子立即逸出， 無(wú)需時(shí)間積累（無(wú)需時(shí)間積累（瞬時(shí)瞬時(shí)性）性）.h0物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性WeUh0eWehU0ehU0eUh0（3） 的測(cè)定的測(cè)定h愛(ài)因斯坦方程愛(ài)因斯坦方程Wmh221v0U0遏止電勢(shì)差和入射光遏止電勢(shì)差和入射光頻率的關(guān)系頻率的關(guān)系物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性 例例 設(shè)有一半徑為設(shè)有一半徑為 的薄圓片，它距的薄圓片，它距光源光源1.0 m . 此光源的功率為此光源的功率為1 W，發(fā)射波長(zhǎng)為發(fā)射波長(zhǎng)為589 nm的單色光的單色光 . 假定光源向各個(gè)方向發(fā)射的能量是相同的，假定光源向各個(gè)方向發(fā)射的能量是相同的，試計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)落在薄圓片上的光子數(shù)試計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)落在薄圓片上的光子數(shù) .m100 . 13解解2623m10)m100 . 1 ( S172sJ105 . 24 rSPE111s104 . 7 hcEhEN物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性* * 三三 光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用光控繼電器、自動(dòng)控制、光控繼電器、自動(dòng)控制、自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警等自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警等. .光電倍增管光電倍增管放大器放大器接控件機(jī)構(gòu)接控件機(jī)構(gòu)光光光控繼電器示意圖光控繼電器示意圖物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性四四 光的波粒二象性光的波粒二象性hE hp 描述光的描述光的 粒子性粒子性 描述光的描述光的 波動(dòng)性波動(dòng)性hchcEppcEE,00 光子光子 20222EcpE 相對(duì)論能量和動(dòng)量關(guān)系相對(duì)論能量和動(dòng)量關(guān)系（2 2）粒子性：粒子性： （和物質(zhì)相互作用時(shí)）（和物質(zhì)相互作用時(shí)）hE （1 1）波動(dòng)性：光的干涉和衍射（傳播時(shí)）波動(dòng)性：光的干涉和衍射（傳播時(shí)）物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）第十六章第十六章 量子物理量子物理16 2 16 2 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 光的波粒二象性光的波粒二象性解解 （1）eV2.76J1042. 419 hchEccEhp/eV76. 2smkg1047. 1127 （2）eV48. 0eV)28. 276. 2 (k WEE（3）nm518m1018. 57 Ehc例例 波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為 450 nm 的單色光射到純鈉的表面上的單色光射到純鈉的表面上. 求（求（1）這種光的光子能量和動(dòng)量；這種光的光子能量和動(dòng)量；（2）光電子逸出鈉光電子逸出鈉 ( )表面時(shí)的動(dòng)能；表面時(shí)的動(dòng)能；（3）若光子的能量為若光子的能量為2.40 eV，其波長(zhǎng)為多少？其波長(zhǎng)為多少？eV28. 2 鈉W