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光電效應光的波粒二象性光到底是波還是粒子？經典物理，以牛頓為代表，認為光是波。19世紀末，出現了一系列有關光的實驗，無法用光的波動理論解釋。經典物理受到嚴峻的挑戰！光電效應是其中一個典型的代表。光照射在金屬表面時，金屬表面會有電子射出——稱為光電效應。（下一頁）光電效應伏安特性曲線光電效應實驗裝置OOOOOOVGAKBOOmIs飽和電流光強較強IUaOU光強較弱遏止電壓一、光電效應的實驗規律（下一頁）2.光電子初動能和入射光頻率的關係1.光電流與入射光光強的關係結論：單位時間內電極上逸出的光電子數和入射光光強成正比.實驗指出：飽和光電流和入射光光強成正比。當反向電壓加至時光電流為零，稱為遏止電壓。遏止電壓的存在說明光電子具有初動能，且：（下一頁）和金屬有關的恒量Uo和金屬無關的普適恒量k實驗指出：遏止電壓和入射光頻率有線性關係，即：遏止電壓與入射光頻率的實驗曲線（下一頁）oUaνν0結論：光電子初動能和入射光頻率成線性關係，與入射光光強無關。3、存在截止頻率（紅限）對於給定的金屬，當照射光頻率小於某一數值（稱為紅限）時，無論照射光多強都不會產生光電效應。（下一頁）結論：光電效應的產生幾乎無需時間的累積因為初動能大於零，因而產生光電效應的條件是：稱為紅限（截止頻率）4.光電效應暫態回應性質實驗發現，無論光強如何微弱，從光照射到光電子出現只需要的時間。（下一頁）幾種金屬的紅限及逸出功νc=0+鈀Pd金Au汞Hg鈦Ti銫Cs12.111.610.99.9248025802750303065201.94.14.54.85.0金屬紅限逸出功(Hz)(A)λ04.8ν（eV)10140（下一頁）1.按經典理論光電子的初動能應決定於入射光的光強，而不決定於光的頻率。二、經典電磁波理論的缺陷3.無法解釋光電效應的產生幾乎無須時間的積累。2.無法解釋紅限的存在。（下一頁）三、愛因斯坦方程光量子（光子）——愛因斯坦光電效應方程愛因斯坦光子假說：一束光是以光速C運動的粒子（稱為光子）流，光子的能量為：一部分轉化為光電子的動能，即：金屬中的自由電子吸收一個光子能量以後，一部分用於電子從金屬表面逸出所需的逸出功A，（下一頁）3.從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關係。愛因斯坦對光電效應的解釋：2.電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以無須時間的累積。1.光強越大，光子數越多，釋放的光電子也越多，--所以，光電流也越大。4.從光電效應方程中，當初動能為零時，可得到紅限頻率：（下一頁）光子的能量、品質和動量因為：由於光子速度恒為C，所以光子的“靜止品質”為零.光子品質:光子的動量：光子能量:（下一頁）四、光的波粒二象性光子的能量,品質，動量是表示粒子特性的物理量，而波長，頻率則是表示波動性的物理量，這就表示光子不僅具有波動性，同時也具有粒子性，即具有波粒二象性。（下一頁）A.愛因斯坦對現物理方面的貢獻，特別是闡明光電效應的定律1921諾貝爾物理學獎（下一頁）例1、在鋁中移出一個電子需要4.2eV的能量，波長為200nm的光射到其表面，求：（1）光電子的最大動能；（2）遏制電壓；（3）鋁的截至波長。解：（下一頁）（1）（2）（3）解：由愛因斯坦方程其中遏制電壓與入射光頻關係鈉的遏制電壓與入射光頻關係（下一頁）例根據圖示確定以下各量：(1)鈉的紅限頻率；(2)普朗克常數h；(3)鈉的逸出功W。(1)從圖中得出從圖中得出鈉的遏制電壓與入射光頻關係（下一頁）(2)