光電效應(yīng)愛因斯坦的光量子1論-wenkub
2023-04-06 05:18:03 本頁面
【正文】 897年湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子 .人們才注意到一定頻率的光照射在金屬表面上時 ,有大量電子從表面逸出，這種現(xiàn)象稱為 光電效應(yīng) .產(chǎn)生的電子稱為 光電子。 由光電子形成的電流叫 光電流 。 一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律 1887年 ,赫茲用萊頓瓶做放電實驗時注意到 ,有 紫外線 照在火花隙的 負(fù)極 上 ,放電 就比較 容易 發(fā)生。is1S3 is2is1Is3Is1Is2Is3 Is2 Is1P200, ①a)ν 、 S一定，改變 Ub)ν一定 、改變 S，飽和光電流 Is∝ S (S3 S2 S1 ) ? 當(dāng)光電流達(dá)到飽和時， 陰極 K上逸出的光電子全部飛到了陽極 A上 P201, 圖 165（ a)太原理工大學(xué)物理系P201,? 設(shè) n為陰極 K單位時間內(nèi)釋放出的電子數(shù)， 則 Is= n e ,與光頻率無關(guān) 。當(dāng)兩極間加一反向電壓 U =U0 0時，光電流才為零， U0 稱為 截止電壓（遏止電壓）。U0 — 截止電壓（遏止電壓） 。截止電壓與頻率的關(guān)系?為與金屬材料性質(zhì)無關(guān)的普適常量。太原理工大學(xué)物理系3) 對一種給定的材料， 存在一個截止頻率 ?0 ，低于此截止頻率時，不管入射光的強度有多大，均不會產(chǎn)生光電效應(yīng)。 代入?0 —— 稱 截止頻率 或 紅限頻率 。但實驗結(jié)果表明，光電子初動能只與光的頻率有關(guān)，而與光強無關(guān)。但實驗表明，只有在 時，才能發(fā)生光電效應(yīng)。但是，實驗結(jié)果表明，發(fā)生光電效應(yīng)是瞬時的，顯然，這與第四條規(guī)律相矛盾。每一個粒子攜帶的能量為 E = h ? 。光的強度 S （能流密度）：單位時間內(nèi)通過垂直傳播方向上單位面積的光能。太原理工大學(xué)物理系說明：1）光子不但有能量，而且也有質(zhì)量和動量。存在 紅限頻率 .紅限頻率光量子 假設(shè)解釋了光電效應(yīng)的全部實驗規(guī)律！—— 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程P203,λ0 —— 紅限波長△太原理工大學(xué)物理系 按照光子假設(shè)，光電效應(yīng)可解釋如下：當(dāng)頻率為 ? 的光照射金屬時，金屬中的自由電子從入射光中吸收整個光子，獲得 h? 的能量 ，一部分消耗在電子逸出金屬表面需要的 逸出功 Φ（ 電子逸出金屬表面時克服阻力而做的功） 上，另一部分轉(zhuǎn)換成逸出電子的初動能，按能量守恒有或△P203,—— 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程太原理工大學(xué)物理系3．用光子理論解釋光電效應(yīng)的實驗規(guī)律1）飽和光電流2) 光電子初動能與入射光頻率成正比 ,與光強無關(guān)與光強無關(guān)太原理工大學(xué)物理系只有 時，才有 ，即才能發(fā)生光電效應(yīng)，否則不能。 利用光電效應(yīng)中 光電流 與 入射光強 成 正比的特性 ,可以制造光電轉(zhuǎn)換器 實現(xiàn) 光 信號與電 信號之間的相互轉(zhuǎn)換。解 由愛因斯坦光電效應(yīng)方程由題意，得太原理工大學(xué)物理系動能太原理工大學(xué)物理系例 2 已知一單色光照射在鈉金屬表面上，測得光電子的最大動能是 ，而鈉的紅限波長為 540nm，那么入射光的波長為多少？解 由愛因斯坦光電效應(yīng)方程及 和 可得 例 2 ZP28,3太原理工大學(xué)物理系練 ZP31,18(考點 16)練 ZP31,17(考點 4)練 (考點 3)太原理工大學(xué)物理系例 3B 設(shè)從鋅表面輻射出光電子的紅限波長為330nm，試計算（ 1）鋅的逸出功。附 1：實驗裝置C太原理工大學(xué)物理系附 2：實驗裝置太原理工大學(xué)物理系(1)在散射的 X光中，除有與入射光 波長相同 的成分外，還有波長較 長 的成分 。 進(jìn)一步證實了愛因斯坦的光子概念。反沖電子太原理工大學(xué)物理系 2) 原子中 內(nèi)層電子一般被 束縛得很緊密，內(nèi)層電子與原子核可視為一個整體，稱為 原子實。 4）因為碰撞中交換的能量和碰撞的 角度 有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。反沖電子太原理工大學(xué)物理系碰撞后： 光子散射角為 ?， 光子能量為 h?， 動量為h?/c； 電子飛出的方向與入射光子的夾角為 ?， 它 的能量為 ，動量為 ?！鳌鱌206,太原理工大學(xué)物理系3. 用光子理論解釋康普頓效應(yīng)1)物理圖象 ?假定：入射光由光子組成；光子和散射物中的 電子發(fā)生碰撞而被散射。此電子稱為反沖電子。太原理工大學(xué)物理系練考點 21練考點 21太原理工大學(xué)物理系4. 康普頓效應(yīng)的意義支持了光子理論；證明了X射線的粒子性及光子具有一定的運動質(zhì)量、能量和動量；證實了普朗克 —愛因斯坦關(guān)系式定量上的正確性；而且還證明了在微觀的單個碰撞事件中，動量和能量
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