16-2光电效应光的波粒二象性 物理学教程 (第二版) 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）Vo 仅当V>V0才发生光电效应， 截止频率与材料有关与光强无关. 几种纯 金属 铯 钠 锌 铱铂 金属的截 截止频率 止频率 y/1014Hz 4.545 4.39 8.06511.5319.29 第十六章量子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 16 – 2 光电效应 光的波粒二象性 一 光电效应实验的规律 V A （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 几种纯 金属的截 止频率 仅当 0 才发生光电效应， 截止频率与材料有关与光强无关 . 金属 截止频率 /10 Hz 14 0 4.545 4.39 8.065 11.53 铯 钠 锌 铱 铂 19.29
16-2光电效应光的波粒二象性 物理学教程 (第二版 遏止电压U。 U。铯锌铂 eU。=Ekmx 遏止电势差与入射光频率 具有线性关系， 瞬时性 Vo 当光照射到金属表面上时， 几乎立即就有光电子逸出 ◆ 电流饱和值m im I(光强) I>I 遏止电压U。与光强无关 U 笋十六音最子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 16 – 2 光电效应 光的波粒二象性 1 I 2 I i m1 i m2 i −U0 o U 2 1 I I 电流饱和值 m i 遏止电压 U0 瞬时性 遏止电势差与入射光频率 具有线性关系. 0 Ekmax eU = 当光照射到金属表面上时， 几乎立即就有光电子逸出 i m I （光强） 遏止电压 U0 与光强无关 U0 0 铯 锌 铂
16-2光电效应光的波粒二象性 物理学教程 (第二版) (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. 第十六章量子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 16 – 2 光电效应 光的波粒二象性 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 . （3）经典理论遇到的困难 红限问题 瞬时性问题 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
16-2光电效应光的波粒二象性 物理学教程 (第二版 二 光子爱因斯坦方程 (1) “光量子”假设光子的能量为￡=hv (2) 解释实验 爱因斯坦方程hy=二mw2+W 逸出功与 2 材料有关 ◆ 对同一种金属，W一定，EcV，与光强无关 几种金属的逸出功 金属 钠 铝 锌 铜 银 铂 W/ev 1.90 2.50 3.32 4.10 4.56 ~2.46 ~3.60 ~3.57 4.50 ~4.73 6.30 第十六章量子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 16 – 2 光电效应 光的波粒二象性 二 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 爱因斯坦方程 h = m +W 2 2 1 v 逸出功与 材料有关 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 1.90 ~2.46 2.50 ~3. 60 3.32 ~3.57 4.10 ~4.50 4.56 ~4.73 6.30
16-2光电效应光的波粒二象性 物理学教程 (第二版) 爱因斯坦方程hy=二m)2+W 2 ◆逸出功 W=hvo 产生光电效应条件条件V>V,=Wh(截止频率) 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.(V>V,时) ◆ 光子射至金属表面，一个光子携带的能量hy将一 次性被一个电子吸收，若V>V,,电子立即逸出， 无需时间积累（瞬时性)· 第十六章量子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 16 – 2 光电效应 光的波粒二象性 逸出功 W = h 0 爱因斯坦方程 h = m +W 2 2 1 v =W h 产生光电效应条件条件 0 （截止频率） 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.（ 0 时） 光子射至金属表面，一个光子携带的能量 将一 次性被一个电子吸收，若 ，电子立即逸出， 无需时间积累（瞬时性）. h 0
16-2光电效应光的波粒二象性 物理学教程 (第二版 (3)h的测定 爱因斯坦方程 hy=mw2+W hv=elo+W 遏止电势差和入射光 h W 频率的关系 Uo=-v- e e △U/△v=h/e h= △U e △y 第十六章量子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 16 – 2 光电效应 光的波粒二象性 h = eU0 +W e W e h U0 = − U = h e 0 e U h = 0 （3） h 的测定 爱因斯坦方程 h = m +W 2 2 1 v U0 0 遏止电势差和入射光 频率的关系
16-2光电效应光的波粒二象性 物理学教程 (第二版) 例设有一半径为1.0×103m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. 解S=元×(1.0×103m)2=元×106m2 S E=P 7=2.5x107Js n N= EE入 =7.4x10s hv hc 第十六章量子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 16 – 2 光电效应 光的波粒二象性 例 设有一半径为 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 . 1.0 10 m −3 解 3 2 6 2 π (1.0 10 m) π 10 m − − S = = 7 1 2 2.5 10 J s 4π − − = = r S E P 1 1 1 7.4 10 s − = = = hc E h E N
16-2光电效应光的波粒二象性 物理学教程 (第二版 *三 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 tww 接控件机构一 光电倍增管 第十六章量子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 16 – 2 光电效应 光的波粒二象性 * 三 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. 光电倍增管 放大器 接控件机构 光 光控继电器示意图
16-2光电效应光的波粒二象性 物理学教程 (第二版) 四光的波粒二象性 (1)波动性：光的干涉和衍射（传播时） (2)粒子性：E=hv（和物质相互作用时) 相对论能量和动量关系 E2=p2c2+E 光子 E=0,E=pc E hy h P= C λ 描述光的 E=hv 描述光的 h 粒子性 波动性 第十六章量子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 16 – 2 光电效应 光的波粒二象性 四 光的波粒二象性 E = h h p = 描述光的 粒子性 描述光的 波动性 h c h c E p = = = E = 0, E = pc 光子 0 2 0 2 2 2 相对论能量和动量关系 E = p c + E （2）粒子性： E = h （和物质相互作用时） （1）波动性：光的干涉和衍射（传播时）
16-2光电效应光的波粒二象性 物理学教程 (第二版 例波长为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(W钠=2.28eV)表面时的动能： (3)若光子的能量为2.40eV,其波长为多少？ 解(1)E=hy= hc=4.42x10-19J=2.76eV p= h_E=1.47×102”kgms1=2.76eV/c (2)Ek=E-W=(2.76-2.28)eV=0.48eV (3) 九= hc=5.18×107m=518mm 第十六章量子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 16 – 2 光电效应 光的波粒二象性 解 （1） 4.42 10 J 2.76eV 1 9 = = = = − hc E h c c h E p 1.47 10 kg m s 2.76eV / 2 7 1 = = = = − − （2） Ek = E −W = (2.76 − 2.28)eV = 0.48eV （3） 5.18 10 m 518nm 7 = = = − E hc 例 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？ W钠 = 2.28eV
