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1、光光 电电 效效 应应回顾前面的学习，总结人类对光的回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程本性的认识的发展过程光的本性历史回顾光的本性历史回顾1672牛顿牛顿牛顿牛顿微粒说微粒说微粒说微粒说T/年年惠更斯惠更斯惠更斯惠更斯波动说波动说波动说波动说1690麦克斯韦麦克斯韦麦克斯韦麦克斯韦电磁说电磁说电磁说电磁说18641905爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦光子说光子说光子说光子说波波波波动动动动性性性性粒粒粒粒子子子子性性性性1801托马斯托马斯杨杨双缝干涉双缝干涉实验实验1814菲涅耳菲涅耳衍射实验衍射实验赫兹赫兹电磁波实验电磁波实验1888赫兹赫兹发现光电效应发现光电效应牛顿微
2、粒说牛顿微粒说占主导地位占主导地位波动说波动说渐成真理渐成真理.一、光电效应现象一、光电效应现象1演示实验演示实验2 2实验装置实验装置（2）光电子：在光电效应中逸出的电子称为光电子。（3）光电流：光电子定向移动形成的电流叫光电流 2几个概念几个概念（1）光电效应：当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。l存在截止频率存在截止频率实验发现以下规律：实验发现以下规律：入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。即某金属发生光电效应所需要光的最小频率。不同的金属有不同的截止频率，相同的金属截止频率相同。l存在着饱和电流存在着饱和电流 实验表明：当同颜色（同频率）的入射光越强(
3、光电子越多)，单位时间内发射的光电子数越多，饱和电流越大。同一频率光照射，不管光强如何，遏止电压都相同。光照频率越高，遏止电压(绝对值)越高。l存在着遏止电压存在着遏止电压光电子的能量只与入射光的频率有关，与光强无关。极板两端电压达到某一值时，光电子才能达到阳极。l光电效应具有瞬时性光电效应具有瞬时性 当频率超过截止频率时，即可以发生光电效应，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流。精确测量表明产生电流的时间不超过109秒，即光电效应几乎是瞬时的。三光电效应的解释中的疑难三光电效应的解释中的疑难 按照光的电磁理论，应得出以下结论：按照光的电磁理论，应得出以下结论：光越强，光电子的初
4、动能应该越大，所以遏止电压光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压U UC C应与光的强弱有关；应与光的强弱有关；不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率；够能量从而逸出表面，不应存在截止频率；如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于间远远大于1010-9-9S S。以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法
5、用经典的波动理论来解释光电效应。法用经典的波动理论来解释光电效应。1.1.光子说光子说(爱因斯坦于爱因斯坦于19051905年提出年提出)在空间传播的光不是连续的而是一在空间传播的光不是连续的而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比。子的能量跟它的频率成正比。四四.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程2.2.光电效应方程光电效应方程逸出功：逸出功：金属表面上的电子逸出金属表面上的电子逸出时要克服金属原子核的引力所做功时要克服金属原子核的引力所做功的最小值。不同金属的最小值。不同金属,其逸出功不其逸出功不同。同。有：有：W0=h0三三
6、.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程2.2.光电效应方程光电效应方程光电效应方程：光电效应方程：电子吸收光子的总动能是h，克服金属逸出功W0，剩下的表现为逸出电子的初动能Ek。EkhW0hEkW0三三.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程3.3.爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释EkhW00EKW00解释截止频率 光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光照强弱无关。只有h时，才有光电子逸出，即h就是光电效应的介质频率。3.3.爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释解释瞬时性 电子一次性吸收光子全部的能量
7、，不需要积累能量的时间，光电流几乎是瞬时产生的。EkhW00EKW003.3.爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释解释饱和光电流 对于频率相同的光，光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。EkhW00EKW00 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效 应的实验规律应的实验规律,荣获荣获19211921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖。爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动
8、理论。学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。4.4.光电效应理论的验证光电效应理论的验证 美国物理学家密立根，花了十年时间做了美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电光电效应效应”实验，结果在实验，结果在19151915年证实了爱因斯坦方程，年证实了爱因斯坦方程，h h 的值与理论值完全一致，又一次证明了的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子光量子”理理论的正确。论的正确。爱因斯坦由于爱因斯坦由于对对光电效光电效应应的理论解释和对的理论解释和对理论理论物理学物理学的贡献的贡献获得获得1921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖密立根由于密立根由于研究基本电荷和研究基本电荷和光电效应光
9、电效应，特别是通过著名，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最的油滴实验，证明电荷有最小单位。小单位。获得获得19231923年诺贝尔年诺贝尔物理学奖物理学奖放大器放大器控制机构控制机构 可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。四四.光电效应在近代技术中的应用光电效应在近代技术中的应用1.1.1.1.光控继电器光控继电器光控继电器光控继电器 可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105108 倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。2.2.2.2.光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管1.光的散射 光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射。2.2.康普顿效应康普顿效应 1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长 和散射物质都无关。一一.康普顿效应康普顿效应康普顿效应：康普顿效应：康普顿效应康普顿效应 在光的散射中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于入射波长的成分。康普顿效应的意义：康普顿效应的意义：表明了光子除了具有能量之外，还具有动能，深入揭示了光的粒子性的一面。四四.光子的动量光子的动量动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的