第十九章 量子物理19 – 2 光电效应 光的波粒二象性
一 光电效应实验的规律
V A
（ 1） 实验装置
光照射至金属表面,电子从金
属表面逸出,称其为 光电子,
（ 2） 实验规律
截止频率（红限）
0?
几种纯
金属的 截
止 频率
0?? ?
仅当 才发生光电效应，
截止频率与 材料有关 与 光强无关,
金属
截止频率
Hz10/ 140?
4.545 5.50 8.065 11.53
铯 钠 锌 铱 铂
19.29
第十九章 量子物理19 – 2 光电效应 光的波粒二象性
1I
2I
i
m1i
m2i
o0U? U
12 II ?
电流饱和值
mi
遏止电压
0U
瞬时性
遏止电势差与入射光频率
具有线性关系,
m a xk0 EeU ?
当光照射到金属表面上时，
几乎立即就有光电子逸出
（光强）
Ii ?m
0U
0? ?
Cs K Cu
遏止电压 与光强无关
0U
第十九章 量子物理19 – 2 光电效应 光的波粒二象性
按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有
一定的时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属
表面为止,与实验结果不符,
（ 3） 经典理论遇到的困难
红限问题
瞬时性问题
按经典理论,无论何种频率的入射光,只要其强度
足够大，就能使电子具有足够的能量逸出金属,与实
验结果不符,
第十九章 量子物理19 – 2 光电效应 光的波粒二象性
二 光子 爱因斯坦方程
（ 1）,光量子”假设 ?? h?光子的能量为
（ 2） 解释实验
几种金属的逸出功
金属 钠 铝 锌 铜 银 铂
2.28 4.08 4.31 4.70 4.73 6.35eV/W
爱因斯坦方程
Wmh ?? 2
2
1 v?
逸出功与
材料有关
对同一种金属,一定，,与光强无关??kEW
第十九章 量子物理19 – 2 光电效应 光的波粒二象性
逸出功
0?hW ?
爱因斯坦方程
Wmh ?? 2
2
1 v?
hW?? 0??
产生光电效应条件条件 （截止频率）
光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电
子数目越多，光电流越大,（ 时）
0?? ?
光子射至金属表面，一个光子携带的能量 将一
次性被一个电子吸收，若,电子立即逸出，
无需时间积累（ 瞬时 性）,
?h
0?? ?
第十九章 量子物理19 – 2 光电效应 光的波粒二象性
WeUh ?? 0?
e
W
e
hU ?? ?
0
ehU ??? ?0
eUh
??
?? 0
（ 3） 的测定h
爱因斯坦方程
Wmh ?? 2
2
1 v?
0U
0?
?
遏止电势差和入射光
频率的关系
第十九章 量子物理19 – 2 光电效应 光的波粒二象性
例 1 波长为 450nm的单色光射到纯钠的表面上,
求 （ 1） 这种光的光子能量和动量；
（ 2） 光电子逸出钠表面时的动能；
（ 3） 若光子的能量为 2.40eV,其波长为多少？
解 （ 1）
2, 76 e VJ1042.4 19 ????? ?
?
? hchE
c
c
Ehp /eV76.2smkg1047.1 127 ??????? ??
?
（ 2） eV48.0eV)28.276.2(k ????? WEE
（ 3）
nm5 1 8m1018.5 7 ???? ?
E
hc?
第十九章 量子物理19 – 2 光电效应 光的波粒二象性
例 2 设有一半径为 的薄圆片，它距
光源 1.0m, 此光源的功率为 1W,发射波长为 589nm
的单色光, 假定光源向各个方向发射的能量是相同
的，试计算在单位时间内落在薄圆片上的光子数,
m100.1 3??
解
2623 m10π)m100.1(π ?? ?????S
17
2 sJ105.2π4
?? ????
r
SPE
111 s104.7 ?????
hc
E
h
EN ?
?
第十九章 量子物理19 – 2 光电效应 光的波粒二象性
三 光电效应在近代技术中的应用
光控继电器、自动控制、
自动计数、自动报警等,
光电倍增管
放大器
接控件机构
光
光控继电器示意图
第十九章 量子物理19 – 2 光电效应 光的波粒二象性
四 光的波粒二象性
?hE ?
?
hp ?
描述光的
粒子性
描述光的
波动性
?
? h
c
h
c
Ep ???
pcEE ??,00光子
2
0
222 EcpE ??
相对论能量和动量关系
?hE ?（ 2） 粒子性,（光电效应等）
（ 1） 波动性,光的干涉和衍射