爱因斯坦光量子假说

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1、§22.2光电效应和爱因斯坦的光量子论一、光电效应的实验规律二、经典物理与实验规律的矛盾三、爱因斯坦光子假说光电效应方程四、光子的性质五、光的波粒二象性1第22章量子物理的基本概念光电效应是赫兹在1887年发现的，1896年汤姆逊发现了电子之后，勒纳德证明了光电效应中发出的是电子。光电效应——光照射某些金属时能从表面释放出电子的效应。产生的电子称为光电子。VGOOOOOOBOO照射光.KA光电管2第22章量子物理的基本概念伏安特性曲线一、光电效应的实验规律1.饱和电流iS2.遏止电压UaiS∝光电子数光强I∝（I,v)AKUiS

2、3iS1iS2I1I2I3UaUiI1>I2>I3i遏止电压饱和电流相当于单位时间从K极释放的e全部到达阳极A。同一频率的光照射时，光电子最大初动能和入射光强度I无关。iS1iS2>>iS3遏止电压的存在说明光电子具有初动能3第22章量子物理的基本概念Ua0遏止电压与频率关系曲线光电子最大初动能和呈线性关系实验指出：遏止电压和入射光频率有线性关系，即：U0—和金属有关的恒量k—和金属无关的普适恒量3.截止频率0对于给定金属，当照射光频率小于某一数值0（称为红限）时，无论光强多大、照射时间多长都不会产生光电效应。CsCa

3、Na4.06.08.010.0UaVn1014Hz4.02.0不同材料截止频率不同4第22章量子物理的基本概念钯Pd金Au汞Hg钛Ti铯Cs12.111.610.99.9248025802750303065201.94.14.54.85.0金属红限逸出功(Hz)(A)4.8（eV)4.即时发射迟滞时间不超过10-9s几种金属的红限及逸出功因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件是：5第22章量子物理的基本概念二、经典物理与实验规律的矛盾电子在电磁波作用下作受迫振动，直到获得足够能量(与光强I有关)逸出，不应存在红限0。当光强很

4、小时，电子逸出须经较长时间能量积累。只有光的频率0时，电子才会逸出。逸出光电子的多少取决于光强I。光电子即时发射，滞后时间不超过10–9s。总结光电子最大初动能和光频率呈线性关系。光电子最大初动能取决于光强，与光的频率无关6第22章量子物理的基本概念三、爱因斯坦光子假说光电效应方程光是光子流，每一光子能量为h，电子吸收一个光子A为逸出功单位时间到达单位垂直面积的光子数为N，则光强I=Nh.I越强,到阴极的光子越多,则逸出的光电子越多。电子吸收一个光子即可逸出，不需要长时间的能量积累。光频率>A/h时，电子吸收一个

5、光子即可克服逸出功A逸出。讨论光电子最大初动能和光频率呈线性关系。7第22章量子物理的基本概念光量子具有“整体性”光的发射、传播、吸收都是量子化的电磁辐射由以光速运动的光量子（光子）组成1.爱因斯坦光量子假设(1905年)光强:单位时间打到单位面积上的粒子总能量N——粒子流密度光强不变,即I不变;若则N一个光子只能整个地被电子吸收8第22章量子物理的基本概念2.对光电效应的解释一个光子将全部能量交给一个电子，电子克服金属对它的束缚，从金属中逸出。A：逸出功光电效应方程当＜A/h时不发生光电效应红限频率I光子数N

6、打出光电子多im在确定的光强下I=Nh打出的最多电子数就是N饱和电流光量子假设解释了光电效应的全部实验规律！光子打出光电子是瞬时发生的遏止电压与最大动能9第22章量子物理的基本概念1916年密立根实验h=6.5710-34Js证实了爱因斯坦理论4.06.08.010.0(1014Hz)0.01.02.0CsNaCa10第22章量子物理的基本概念红外变像管红外辐射图像→可见光图像像增强器微弱光学图像→高亮度可见光学图像测量波长在200~1200nm极微弱光的功率光电倍增管3.光电效应的应用光电成像器件能将可见或不可见的辐

7、射图像转换或增强成为可观察记录、传输、储存的图像。11第22章量子物理的基本概念爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖。密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖。12第22章量子物理的基本概念四、光子的性质能量质量但光子静止质量m0=0动量角动量在运动方向上13第22章量子物理的基本概念五、光的波粒二象性1.近代认为光具有波粒二象性2.基本关系式粒子性：能量动量P数量N波动性：波长频率振幅E0一些情况下突出显示波动

8、性一些情况下突出显示粒子性不是经典的波不是经典的粒子光的本性波粒二象性14第22章量子物理的基本概念