2022-2023学年高二物理竞赛课件：光电效应 光的波粒二象性

光电效应 光的波粒二象性 光照射到金属表面时，有电子从金属表面逸出的现象叫光电效应 。逸出的电子叫光电子。光电子由K飞向A，回路中形成光电流。 1887年，赫兹在进行证明电磁波存在的实验时，发现当接收电磁波的电极之一受到紫外光照射时，两极之间就容易出现电火花，并在当年发表的《论紫外光的放电效应》一文中，首先描述了这些现象。1889年霍尔瓦克斯(W.Hallwachs，1859-1922)指出如果用光照射锌、钠、钾等金属表面，就会有负电粒子释放出来。赫兹的助手勒纳德(P.Lenard，1862—1947)在1902年发表了对光电效应的第一批定量研究结果，测量了在紫外光照射下，铝板发出的电子的荷质比。他确信赫兹看到的火花加强的现象是金属表面发射电子的结果，并总结了光电效应的实验规律。 光电效应 光的波粒二象性 对于频率为 的谐振子最小能量为 h 为普朗克常数， 正整数 n 称为量子数。 （n为正整数） (2) 这些谐振子能量不能连续变化，只能取一些分立值，是最小能量 的整数倍,这个最小能量称为能量子。 (1)组成黑体壁的分子、原子可看作是带电的线性谐振子，可以吸收和辐射电磁波。 谐振子在辐射或吸收能量时，从一个状态跃迁到另一个状态，只能整个地吸收或放出一个能量子。 普 朗 克 (Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858―1947) 　　德国物理学家，量子物理学的开创者和奠基人，1918年诺贝尔物理学奖的获得者。 　　普朗克的伟大成就，就是创立了量子理论，这是物理学史上的一次巨大变革。从此结束了经典物理学一统天下的局面。 　　普朗克还进一步提出了能量子与频率成正比的观点，并引入了普朗克常数h。量子理论现已成为现代理论和实验的不可缺少的基本理论。普朗克由于创立了量子理论而获得了诺贝尔奖。 1900年，普朗克抛弃了能量是连续的传统经典物理观念，导出了与实验完全符合的黑体辐射经验公式。在理论上导出这个公式，必须假设物质辐射的能量是不连续的，只能是某一个最小能量的整数倍。普朗克把这一最小能量单位称为“能量子”。普朗克的假设解决了黑体辐射的理论困难。 例：一频率为=0.5HZ，振辐为A=10cm，劲度系 数为K=3.0N/m的谐振子： X 求：量子数n; 若n改变一个单位，系统能量改变的百分比 若能量变化，一次减少一个能量子，一个能量子能量： 不连续变化的比率： 若每相差一能量子画一直线 E 宏观看 是连续的 由此可见可以把经典物理看成 是量子物理在量子数很大时的特 殊情况（只有n很小时，能量的不 连续才显得很明显） 对应原理：量子论对一个系统的描述，当量子数 非常大时，即与经典物理的描述一致。 （1929年玻尔提出） 事实上，第一个认识到普朗克假说的伟大意义 的是爱因斯坦。 I s 饱 和 电 流 光 强 较 强 I U a O U 光 强 较 弱 遏 止 电 压 光电效应伏安特性曲线 光电效应实验装置 O O O O O O V G A K B O O m 一、光电效应的实验规律 饱 和 电 流 光强较强 I O 光强较弱 遏 止 电 压 1、实验结果 (1)单位时间内，阴极 K 释放的光电子数与入射光强成正比，所以饱和光电流 Is 和入射光强度成正比。 (2)光电子的最大初动能随入射光的频率线性增加，与入射光的强度无关。Ua的存在说明光电子具有初速度和初动能， Ua与入射光 频率成线性关系。 与金属材料无关的常量 与金属材料有关的常量 (3) 对于给定的金属，当入射光频率小于其红限频率，则无论光的强度如何，都不会产生光电效应。 (4) 入射光频率超过红限频率时，不论光强多小，光电子的产生是瞬时的，时间不超过10-9s. (3) 从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率 成线性关系。 爱因斯坦对光电效应的解释： (2) 电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出， 所以无须时间的累积。 (1) 光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以 光电流也大。 (4)从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到 红限频率： 几种金属的红限及逸出功 钯 Pd 金 Au 汞 Hg 钛 Ti 铯 Cs 12.1 11.6 10.9 9.9 2480 2580 2750 303 6520 1.9 4.1 4.5 4.8 5.0 金 属 红 限 逸 出 功 (Hz) (A) ν 0 4.8 （eV) + 10 14 0 编辑母版