光子的动量： p E h h c c
物理学
第五版
五 光的波粒二象性
15-2 光电效应
（1）波动性： 光的干涉和衍射
（2）粒子性： Eh（光电效应等）
光子是一种基本粒子，在真空中以光速运动
h
表示粒子特 p h
性的物理量

波长、频率是表示 波动性的物理量
h
m c2
2
及 U0 kUb



0.65
(1014 Hz )
O

4.39 6.0 10
hke Uo e

钠的截止电压与 入射光频关系
WeU b(h0)
物理学
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15-2 光电效应
从图中得出
0 4.391014 Hz
U0 (V )
2.20
a

h e Uo h

电流饱和值与光强成正比
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，电流饱和值越大.
瞬时性:
光子射至金属表面，一个光子携带的能量 h 将一 次
性被一个电子吸收，若 0 ，电子立即逸出，无需
时间积累.
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（3） h 的测定
U0 kUb
eU0keeUb （1）
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15-2 光电效应
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.
光控继电器示意图
光
放大器 接控件机构
光电倍增管
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15-2 光电效应
四 光子的能量、质量和动量
m m0
1

v c2
2
由于光子速度恒为c，所以 光子的“静止质量”为零.
光子能量: E h
线性关系，与光强无关。 Uo k Ub
几种金属的逸出功
金属 钠 铝 锌 铜 银 铂
W/eV 2.28 4.08 4.31 4.70 4.73 6.35
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15-2 光电效应
爱因斯坦方程 h 1mv2 W
2
截止频率（红限） 0
产生光电效应的条件 0 Wh（截止频率）
1m 2 h W （2）
2
比较（1）、（2）
WeU b(h0)
hke Uo e

15-2 光电效应 遏止电势差和入射光
频率的关系
Uo

0
Ub
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讨论
eU0keeUb
遏止电势差和入射光 频率的关系
15-2 光电效应
1m 2 h W
2
光电子动能和入射光 频率的关系
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二 光子 爱因斯坦方程
15-2 光电效应
（1）爱因斯坦光子假说：光是以光速 c 运动的微
粒流，称为光量子（光子），光子的能量 h
，（光的强度为：I Nhv，N为单位时间通过单位 面积的光子数）。
（2） 解释实验
金属中的自由电子吸收一个光子能量h以后，一
部分用于电子从金属表面逸出所需的逸出功W ，一
Uo
EK

0
Ub

0
W
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15-2 光电效应
1921诺贝尔物理学奖
• A.爱因斯坦
• 对现物理方面的贡 献，特别是阐明光 电效应的定律
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例1 根据图示确定以下各量
15-2 光电效应
1、钠的红限频率
Ua(V )
2、普朗克常数 3、钠的逸出功
2.20


解：由爱因斯坦方程
1 m 2 h W
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（3）经典理论遇到的困难
红限问题
15-2
光电效应
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.
瞬时性问题
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 .
部分转化为光电子的动能。
爱因斯坦方程 h 1mv2 W
2
逸出功与 材料有关
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15-2
爱因斯坦方程 h 1mv2 W
2
光电效应
逸出功与 材料有关
遏止电压 U o
Ek
对同一种金属，W 一定， Ek ，与光强无关，
由 eUo Ek 知：遏止电势差 U o 与入射光频率具有
表示光子不仅具有波动性，同时也具有粒子性， 即具有波粒二象性。
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15-2 光电效应
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） Ehhc4.421019J2.76eV
phE 1 .4 1 7 2 0 k 7m gs 12 .7e6/V c
c
（2）E k E W ( 2 . 7 2 . 6 2 ) e 8 0 V . 4 e8 V
（3） hc5.18 1 07m51n8m
E
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15-2 光电效应
例2 设有一半径为 1.0103m的薄圆片，它距
从图中得出
0.65
O
U0 ab 3.87 1015V s
bc

c

b (1014 Hz)
4.39 6.0 10
钠的截止电压与 入射光频关系
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普朗克常数
h e U0 6.21034 J s

钠的逸出功
W h 2.721019 J
止频率 0 /1014Hz4.545 5.50 8.065 11.53 19.29
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15-2 光电效应
i 电流饱和值 m
im I（光强）
即：单位时间内从阴极逸
出的光电子数与入射光的
im2 i
i m1
I2 I1
I2 I1
强度成正比。
U0 o
U
存在遏止电压 U o
Uo
eUo Ekmax12m2OBiblioteka 遏止电势差与入射光Ub
频率具有线性关系 Uo k Ub
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15-2 光电效应
Uo k Ub
不同材料遏止电压不同
U 0 Cs K Cu
遏止电压 U 0 与光强无关
瞬时性
0

当光照射到金属表面上时，
几乎立即就有光电子逸出
实验发现，无论光强如何微弱，从光照射到光
电子出现只需要 109 s 的时间。
15-2 光电效应
U0 (V )
2.20
a


0.65 O
c

b (1014 Hz)
4.39 6.0 10
钠的截止电压与 入射光频关系
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15-2 光电效应
1. 用频率为n1的单色光照射某种金属时，测 得饱和电流为I1，以频率为n2的单色光照射该
金属时，测得饱和电流为I2，若I1 > I2，则 (A) n1 > n2 ． (B) n1 < n2 ． (C) n1 = n2 ． (D)不能确定.
的[ ]，可以直接求出普朗克常量．
(A) OQ (C) OP/OQ
(B) OP (D) QS/OS
m v 2/2

O
QS
P
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15-2 光电效应
4. 在光电效应实验中，测得某金属的遏止电
压|Ua|与入射光频率的关系曲线如图所示，
由此可知该金属的红限频率=___________Hz； 逸出功 =___________eV．
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15-2 光电效应
2.一定频率的单色光照射在某种金属上，测出
其光电流的曲线如图中实线所示．然后在光强度
不变的条件下增大照射光的频率，测出其光电流
的曲线如图中虚线所示．满足题意的图是：
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15-2 光电效应
3. 光电效应中发射的光电子最大初动能随
入射光频率n 的变化关系如图所示．由图中
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 .
解 S π (1 .0 1 3 0 m )2 π 1 6 0 m 2
EP4πSr22.5107Js1
NhE E hc7.4110s11
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一 光电效应实验的规律
15-2 光电效应
（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.回路中
形成电流称光电流。
（2）实验规律
截止频率（红限） 0
仅当 0 才发生光电效应，
截止频率与材料有关与光强无关 .
A V
几种纯 金属 铯 钠 锌 铱 铂 金属的截 截止频率