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高三物理光电效应2




光电效应实验的规律
(1)实验装置

光照射至金属表面, 电子从金 属表面逸出, 称其为光电子. (2)实验规律 截止频率(红限)

? 0 才发生光电效应, 仅当 截止频率与材料有关与光强无关 .
几种纯 金属的截 止频率 金属 铯 钠 锌 铱 铂 截止频率 ? 0 / 1014 Hz 4.545 5.50 8.065 11.53 19.29

? ?

?0

V

A

遏止电压 U 0

eU0 ? Ek max

U0

Cs K Cu

遏止电势差与入射光频率 具有线性关系.
瞬时性 当光照射到金属表面上时, 几乎立即就有光电子逸出

?0

?

电流饱和值 m im ? I(光强) 遏止电压

i

im1
?U0

im2

i

I2 I1

I 2 ? I1
U

U 0 与光强无关

o

(3)经典理论遇到的困难 红限问题

按经典理论,无论何种频率的入射光,只要其强度
足够大,就能使电子具有足够的能量逸出金属 .与实 验结果不符. 瞬时性问题

按经典理论,电子逸出金属所需的能量,需要有
一定的时间来积累,一直积累到足以使电子逸出金属

表面为止.与实验结果不符 .



光子 爱因斯坦方程 (1) “光量子”假设 光子的能量为

? ? h?

(2) 解释实验

1 2 逸出功与 爱因斯坦方程 h? ? mv ? W 材料有关 2 对同一种金属,W 一定, Ek ? ? ,与光强无关
几种金属的逸出功 金属 钠 铝 锌 铜 银 铂

W / eV

2.28 4.08

4.31

4.70 4.73

6.35

爱因斯坦方程 逸出功

1 2 h? ? mv ? W 2

产生光电效应条件条件 ?

W ? h? 0

? ? 0 ? W h(截止频率)
? ? 0 时)
h?
将一 ,电子立即逸出,

光强越大,光子数目越多,即单位时间内产生光电 子数目越多,光电流越大.(? 次性被一个电子吸收,若 ?

光子射至金属表面,一个光子携带的能量

?? 0

无需时间积累(瞬时性).

( 3)

h 的测定

爱因斯坦方程

h? ? eU0 ? W
h W U0 ? ? ? e e

1 2 h? ? mv ? W 2
遏止电势差和入射光 频率的关系

U0

?U 0 ?? ? h e
?U 0 h? e ??

?0

?

例1 波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上. 求 (1)这种光的光子能量和动量; (2)光电子逸出钠表面时的动能; (3)若光子的能量为2.40eV,其波长为多少?

hc ?19 解 (1) E ? h? ? ? 4.42 ?10 J ? 2.76eV ? h E p ? ? ? 1.47 ?10 ? 27 kg ? m ? s ?1 ? 2.76eV / c ? c
(2)Ek

? E ? W ? (2.76 ? 2.28)eV ? 0.48eV

hc ?7 ? 5.18 ?10 m ? 518 nm ( 3) ? ? E

例2 设有一半径为 1.0 ?10?3 m 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 .


S ? π ? (1.0 ?10 m) ? π ?10 m
2

?3

?6

2

S ?7 ?1 E?P ? 2.5 ?10 J ? s 2 4π r E E? N? ? ? 7.4 ?1011 s ?1 h? hc



光电效应在近代技术中的应用 光控继电器、自动控制、

自动计数、自动报警等.
光控继电器示意图 光 放大器

接控件机构
光电倍增管



光的波粒二象性

E ? h? (光电效应等) 2 2 2 2 相对论能量和动量关系 E ? p c ? E0
(2)粒子性:

(1)波动性:

光的干涉和衍射

光子

E h? h p? ? ? c c ?
描述光的 粒子性

E0 ? 0 ,

E ? pc

E ? h?

p ?

h

描述光的 波动性

?

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