光电效应光子爱因斯坦方程讲解学习
第10讲 光电效应 爱因斯坦光量子理论
第10讲光电效应爱因斯坦光量子理论3. 只有当入射光频率 n 大于截止频率或红限频率 n 0 时，才会产生光电效应；4. 光电效应是瞬时发生的，只要入射光频率 n > n 0，无论光多微弱，驰豫时间不超过 10-9 s 。
2. 截止电压 U c 与入射光频率 n 呈线性关系：一、光电效应的实验规律1. 在频率一定的入射光照射下，饱和光电流强度 i m 与入射光强 I 成正比；U c = K n - U 0KU 00=n二、光电效应实验曲线 i 0 Ui m1 i m2 I1I 2 > I 1 -U c I 2U c —— 截止电压 c 212m eU mv = 4.0 6.0 8.0 10.0 n (1014 Hz ) 0.0 1.0 2.0 U c (V ) Cs Na Ca θ12.0 直线与横坐标的交点就是截止频率或红限频率 n 0。
光是由一束以光速运动的光量子(光子)组成。
mcc h h p ===n λnh =E 光子能量： 光子动量： 光子质量： 三、爱因斯坦光子理论)(0 022===m c h c m n E四、爱因斯坦光电效应方程红限频率(截止频率)： 由金属材料的逸出功 A 决定 h A =0n 五、光的波粒二象性光有时表现出波动性的一面，又有时表现出粒子性的一面。
A h νv m -=2m e 21Q3.10.1有人说：“光的强度越大，光子的能量就越大。
”对吗？答：错。
光子的能量由频率决定，与光的强度没有直接关系。
在光电效应实验中，若只是入射光强度增加一倍；对实验结果有什么影响？Q3.10.2(a )答：光强 I = N h n N 为单位时间通过垂直光传播方向单位面积的光子数。
n 不变 ， I 增加一倍，N 增加一倍， 饱和光电流强度增加一倍。
以一定频率的单色光照射在某种金属上，测出其光电流曲线在图中用实线表示，然后保持光的频率不变，增大照射光的强度，测出其光电流曲线如图中虚线所示。
光电效应2(爱因斯坦的光电效应理论)
4.2光电效应2（爱因斯坦的光电效应理论）讲授新课 一、爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：1.光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为h ν。
这些能量子后来被称为光子。
νh E =2.爱因斯坦的光电效应方程一个电子吸收一个光子的能量h ν后，一部分能量用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的初动能E k ，即：νW E h k +=或-νW h E k =221c e k v m E =——光电子最大初动能W 0 ——金属的逸出功 3.光子说对光电效应的解释①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek 与入射光的频率成线性关系，与光强无关。
只有当h ν>W 0时，才有光电子逸出，h W c 0ν=就是光电效应的截止频率。
②电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。
③光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。
思考与讨论：爱因斯坦光电效应方程给出了光明确光子的概念，并知道其能量的大小。
分析光电子的能量和逸出功之间的关系，总结出光电效应方程。
理解光子说对光电效应现象的解释。
结合能量守恒定律分析光电效应方程，培养学生应用能量守恒定律解决问题的科学思维方式。
电子的最大初动能E 与入射光的频率v 的关系。
但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是截止电压U 。
那么，怎样得到截止电压U 。
与光的频率v 和逸出功W 0的关系呢?利用光电子的初动能E = eU C 。
和爱因斯坦光电效应方程Ek= hv- W 0,可以消去E,从而得到Uc 与v 、W 0 的关系，即eW v e h U C 0-=对于确定的金属，其逸出功W 0是确定的，电子电荷e 和普朗克常量h 都是常量。
上式中的截止电压U c 与光的频率v 之间是线性关系，Uc-v 图像是一条斜率为h/e 的直线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理论。
量子力学光电效应
量子力学光电效应引言：量子力学光电效应是量子力学的一个重要分支，它研究的是光子与物质相互作用的现象。
自从爱因斯坦提出光电效应理论以来，量子力学光电效应已经成为了现代物理学的重要研究领域。
本文将从理论和实验两个方面来介绍量子力学光电效应。
理论：量子力学光电效应的理论基础是爱因斯坦提出的光电效应理论。
该理论认为，光子与物质相互作用时，光子的能量会被物质吸收，电子会从物质中被激发出来。
这个过程中，电子的动能与光子的能量之间存在着一定的关系，即爱因斯坦方程E=hf。
其中，E表示电子的动能，h 表示普朗克常数，f表示光子的频率。
实验：量子力学光电效应的实验是通过研究光子与物质相互作用的现象来进行的。
实验中，通常使用金属作为物质，将金属暴露在光源中，观察金属表面是否会发生电子发射现象。
实验结果表明，当光子的能量大于金属的逸出功时，金属表面会发生电子发射现象。
此时，电子的动能与光子的能量之间存在着一定的关系，符合爱因斯坦方程E=hf。
应用：量子力学光电效应在现代物理学中有着广泛的应用。
例如，在太阳能电池中，光子与半导体相互作用时，会产生电子-空穴对，从而产生电流。
此外，在光电倍增管、光电二极管等光电器件中，也都利用了量子力学光电效应的原理。
结论：量子力学光电效应是现代物理学中的重要研究领域，它研究的是光子与物质相互作用的现象。
理论上，爱因斯坦提出的光电效应理论为量子力学光电效应提供了基础。
实验上，通过研究光子与物质相互作用的现象，可以验证量子力学光电效应的理论。
应用上，量子力学光电效应在太阳能电池、光电器件等领域都有着广泛的应用。
§2-2 光电效应 爱因斯坦光子理论
无关的普适常量。U0则是由阴极金
属材料决定的量。
ν
eU a
1 mv2 2
30 40 60 80 (1013Hz)
1 2
mv2
eK
eU0
3. 截止频率（红限频率） 设想当光电子刚脱离金
属表面的束缚就停止了，这 种现象应该是金属内的自由 电子从入射光那里获得的能 量仅够使电子克服金属表面 的逸出功，换句话说，这个 电子刚脱离金属表面它的初 动能就等于零了。
外电2场力所做的功，即：
eU a
1 2
mv2
实验发现：（1）光电子的最大初动能与入射光 强无关，无论光有多强，遏止电势差都等于Ua。
（2）保持饱和电流不变的条件下，改变入射光频
率ν，遏止电势差Ua是不同的。当入射光频率增大
时，遏止电势差Ua与将随之线性增加。
Ua K U0
Ua (ν)
式中K是直线的斜率，与金属种类
(3) 瞬时性问题
按照光的经典电磁理论，产生光电子应该 有一定的时间间隔，而不应该是瞬时的。因为 自由电子从入射光那里获得能量需要一个积累 过程，特别是当入射光的强度较弱时，积累能 量需要的时间较长。
但实验结果并非如此，当物体受到光的照 射时，一般地说，不论光怎样弱，只要频率大 于截止频率，光电子几乎是立刻发射出来的。
则：p h h ( c )
c
将上式称为普朗克—爱因斯坦关系式
再由：E mc2 m E h
c2 c2
m为以光速运动的光子的质量（运动质量）。
引入光子概念后，光电效应得到了圆满的解释。
金属中的自由电子从入射光中吸收一个光子后，能量
变为h，能量一部分消耗于逸出金属表面时所必须的
逸出功A，另一部分转变为光电子的初动能，由能量
爱因斯坦光电效应方程的含义。[名词解释]
![爱因斯坦光电效应方程的含义。[名词解释]](https://img.taocdn.com/s3/m/994c5b39cd7931b765ce0508763231126edb770c.png)
爱因斯坦光电效应方程是由德国物理学家爱因斯坦在1905年提出的，是描述光电效应的关系式。
光电效应是指光照射到某些物质上，能使物质产生电流的现象。
爱因斯坦光电效应方程的原形为：
J=nqE
其中，J是电流密度（单位为A/m2），n是光源的浓度（单位为1/m2），q是电荷（单位为C），E是电场强度（单位为V/m）。
爱因斯坦光电效应方程的含义是：在一个特定的电场中，光源的浓度与物质的电荷之间存在着线性的正比关系，即物质的电荷越大，产生的电流密度也就越大。
爱因斯坦光电效应方程为研究光电效应提供了重要的理论依据，并为后来的科学研究提供了基础。
爱因斯坦光电效应方程的发现也为现代光学和电子技术的发展做出了巨大贡献。
人教版高三物理选修3《爱因斯坦的光电效应方程》说课稿
人教版高三物理选修3《爱因斯坦的光电效应方程》说课稿一、引言本课是人教版高三物理选修3的一节课，主题为《爱因斯坦的光电效应方程》。
本节课的目标是让学生了解光电效应的基本原理和爱因斯坦的光电效应方程，培养学生的实际思维能力和实验观察能力。
通过本课的学习，学生将进一步认识到光电效应的重要性以及爱因斯坦的杰出贡献。
二、知识梳理2.1 光电效应的概念和实验现象首先，我们将引导学生回顾光电效应的概念和实验现象。
光电效应是指当光照射到金属或半导体表面时，会产生电子的解离和运动的现象。
我们会通过实验演示的方式向学生展示光电效应的实验现象，例如使用光电效应仪器来照射金属表面，观察电流的变化等。
2.2 光电效应的基本原理接下来，我们将介绍光电效应的基本原理。
我们会解释光子的概念和光子能量与频率的关系，以及光电效应中电子解离和运动的原理。
通过对光电效应的基本原理进行讲解，学生将能够理解为什么光子的能量越大，电子解离和运动的能力就越强。
2.3 爱因斯坦的光电效应方程最重要的部分是讲解爱因斯坦的光电效应方程。
爱因斯坦通过对光电效应的研究，提出了光电效应方程，即E=hf-φ，其中E为光子的能量，h为普朗克常数，f为光的频率，φ为金属的逸出功。
我们会详细解释方程中各个参数的含义，并通过具体的例子进行说明。
通过学习爱因斯坦的光电效应方程，学生将能够理解光电效应的能量守恒原理和光子的能量与频率之间的关系。
三、教学方法和策略3.1 激发学生的兴趣为了激发学生的兴趣，我们将采用生动的例子和实验演示来引入光电效应的概念和实验现象。
同时，我们还将提供与学生实际生活相关的例子，让学生更容易理解光电效应的原理和方程。
3.2 提供问题引导思考在讲解光电效应的基本原理和爱因斯坦的光电效应方程时，我们将提供问题来引导学生思考。
例如，为什么金属表面需要有一定的逸出功才能产生光电效应？为什么光子的能量与频率相关？通过这样的问题引导，学生将能够主动思考，加深对知识点的理解和记忆。
光电效应讲义
实验三 光电效应【实验目的】1. 加深对光的量子性的认识。
2. 验证爱因斯坦方程，测定普朗克常数。
3. 测定光电管的伏安特性曲线。
【实验原理】当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应．所产生的电子，称为光电子。
光电效应是光的经典电磁理论所不能解释的。
1905年爱因斯坦依照普朗克的量子假设，提出了光子的概念。
他认为光是一种微粒 — 光子；频率为ν 的光子具有能量h ν，h 为普朗克常数，目前国际公认值为h =(6．6260755±0．0000040)×10-34J ·s 。
当金属中的电子吸收一个频率为ν 的光子时，便获得这光子的全部能量h ν，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的逸出功W ，电子就会从金属中逸出．按照能量守恒原理有：W v m h m +=221ν (3.1)上式称为爱因斯坦方程，其中m 和v m 是光电子的质量和最大速度，221m v m 是光电子逸出表面后所具有的最大动能．它说明光子能量h ν小于W 时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生；产生光电效应的入射光最低频率ν0=W ／h ，称为光电效应的极限频率(又称红限)。
不同的金属材料有不同的逸出功，因而ν0也是不同的。
用光电管进行光电效应实验，测量普朗克常数的实验原理如图3.1所示。
图中K 为图3.1光电效应实验原理图光电管的阴极，A 为阳极，微安表用于测量微小的光电流，电压表用于测量光电管两极间的电压，E 为电源，R 提供的分压可以改变光电管两极间的电势差。
当单色光入射到光电管的阴极K 上时，如有光电子逸出，则当阳极A 加正电势，K 加负电势时，光电子就被加速；而当K 加正电势，A 加负电势时，光电子就被减速。
当A 、K 之间所加电压U 足够大时，光电流达到饱和值I m ,当U ≤-U 0，并满足方程eU 0 =221m v m (3.2)时，光电流将为零，此时的U 0称为截止电压。
光电效应光子爱因斯坦方程
德布罗意假设：实物粒子具有波粒二象性。
粒子性
E mc2 h
P
mv
h
/
波动性
第十五章 量子物理
8
物理学
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
德布罗意公式
h h
p mv
这种波称为德布罗意波或物质波
注意
(1)若 vc 则 mm0
若 v c则 m
m0
1
v2 c2
第十五章 量子物理
9
物理学
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第十五章 量子物理
5
物理学
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
德布罗意（1892 — 1987）
法国物理学家，原来学习历史. 1924年在他的博士论文《关于 量子理论的研究》中提出把粒 子性和波动 性统一起来. 为量子力学
的建立提供
了物理基础.
第十五章 量子物理
6
物理学
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
dsin kh 1
2emU
sin kh 1
d 2emU
sin 0.77 k7
当 k 1时， ar0 c .7s 7 5 i n 7 与1 实验结
果相近.
第十五章 量子物理
16
物理学
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
三 应用举例
1932年鲁斯卡成功研制了电子显微镜 ;
1981年宾尼希和罗雷尔制成了扫描隧穿 显微镜.
第五版
光的波粒二象性
粒子性
（具有能量） E
h
（具有动量）P
波动性
（具有频率）
（具有波长）
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15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
光电效应 光子 爱因斯坦方程
1 “光量子”假设
光可看成是由光子组成的粒子流，单个
光子的能量为εh .
2 爱因斯坦光电效应方程
h 1mv2 W
2
逸出功与 材料有关
第十五章 量子物理
1
物理学
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
光的波粒二象性
（1）波动性：光的干涉和衍射
例1 一束电子中，电子的动能 20e0V，
求此电子的德布罗意波长 .
解
vc, Ek12m0v2 v
2Ek m0
第十五章 量子物理
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物理学
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
v2 2 9 .1 0 1 1 .6 0 3 0 1 1 1 0 m 9s 1 8 .4 16m 0s-1
第五版
光的波粒二象性
粒子性
（具有能量） E
h
（具有动量）P
波动性
（具有频率）
（具有波长）
Em2c h (1)
Pm cE ch (2)
第十五章 量子物理
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物理学
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
第十五章 量子物理
物理学
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
德布罗意（1892 — 1987）
电子束 狭缝
电子的单缝衍射
第十五章 量子物理
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物理学
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
3 结论(统计解释)
在某处德布罗意波的强度与粒子在该处 附近出现的概率成正比 .
1926 年玻恩提出，德布罗意波为概率波.
第十五章 量子物理
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（2）粒子性： Eh（光电效应等）
相对论能量和动量关系 E2p2c2E02
光子
E00, Epc
第十五章 量子物理
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物理学
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
光子
E00, Epc
pEh
cc
h
描述光的 粒子性
E h p h
描述光的 波动性
第十五章 量子物理
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物理学
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
法国物理学家，原来学习历史. 1924年在他的博士论文《关于 量子理论的研究》中提出把粒 子性和波动 性统一起来. 为量子力学
的建立提供
了物理基础.
第十五章 量子物理
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物理学
15-6 德布罗意波 实物粒子的Байду номын сангаас象性
第五版
光的波粒二象性
粒子性
（具有能量） E
h
（具有动量）P
波动性
（具有频率）
（具有波长）
v c m h0v9.16 1.603 31 18.0 43 4160nm
8.6 71 0 2nm
此波长的数量级与 X 射线波长的数量级相当.
第十五章 量子物理
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15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
二 德布罗意波的实验证明
1 G . P . 汤姆孙电子衍射实验 ( 1927年 )
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
1 从粒子性方面解释
单个粒子在何处出现具有偶然性;大量 粒子在某处出现的多少具有规律性. 粒子在 各处出现的概率不同.
电子束 狭缝
电子的单缝衍射
第十五章 量子物理
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15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
2 从波动性方面解释 电子密集处，波的强度大；电子稀疏 处，波的强度小.
第十五章 量子物理
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15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
四 德布罗意波的统计解释
经典粒子 不被分割的整体，有确定位 置和运动轨道 .
经典的波 物理量的空间分布作周期性 的变化，波具有相干叠加性 .
波粒二象性 要求将波和粒子两种对立 的属性统一到同一物体上 .
第十五章 量子物理
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物理学
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15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
镍晶体
d2.151 010m
d si n 1 .6 1 5 10 m 0
电子波的波长
h h 1.6 71 0 10 m
mev 2meEk
dsin kh 1
2emU
第十五章 量子物理
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15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
8
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15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
德布罗意公式
h h
p mv
这种波称为德布罗意波或物质波
注意
(1)若 vc 则 mm0
若 v c则 m
m0
1
v2 c2
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15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
(2)宏观物体的德布罗意波长小到实验难 以测量的程度，因此宏观物体仅表现出粒子 性.
Em2c h (1)
Pm cE ch (2)
第十五章 量子物理
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15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
思想方法 德布罗意把对光的波粒二 象性的描述，应用到实物粒子上，采用类 比的方法提出物质波的假设 .
德布罗意假设：实物粒子具有波粒二象性。
粒子性
E mc2 h
P
mv
h
/
波动性
第十五章 量子物理
dsin kh 1
2emU
sin kh 1
d 2emU
sin 0.77 k7
当 k 1时， ar0 c .7s 7 5 i n 7 与1 实验结
果相近.
第十五章 量子物理
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15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
三 应用举例
1932年鲁斯卡成功研制了电子显微镜 ;
1981年宾尼希和罗雷尔制成了扫描隧穿 显微镜.
物理学
15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
电子束在单晶晶体上反射的实验结果符
合X射线衍射中的布拉格公式.
相邻晶面电子束反射射线干涉加强条件:
2dsin cosk
d 2
22
. .
.. . 2 .
. .
. 2. ..
. .
. .
dsin k
........ d sin
k1, 50
2
第十五章 量子物理
电子束穿过多晶铝箔的衍射现象
D
P
K
U
M
第十五章 量子物理
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15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性
第五版
2 戴维孙 - 革末电子衍射实验（1927年）
U
电子枪
I
K 检测器
50
电子束
G
散
M
射
线
电子被镍晶体衍射实验
35
54 75 U/V
当散射角 50时
电流与加速电压曲线
第十五章 量子物理
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