Файл: Тема Квантовая природа света Внешний фотоэлектрический эффект.ppt
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 9
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Тема 2. Квантовая природа света
2.1. Внешний фотоэлектрический эффект
Это явление было открыто Г.Герцем в 1887 г.
и подробно изучено в работах А.Г.Столетова.
1839— 1896
1857— 1894
Конденсатор
А.Г.Столетова.
Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием света
Схема опыта Столетова.
Вольтамперная характеристика
Максимальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности света, а зависит только от его частоты.
Ток насыщения прямо пропорционален падающему световому потоку Iнас Ф.
Фотоэффект начинается только с некоторой частоты ω0, при ω < ω0 (λ > λ0) фотоэффект отсутствует.
- Красная граница фотоэффекта
Предположение Эйнштейна:
Электромагнитные волны поглощаются такими же квантами, как и излучаются.
Энергия кванта передается электрону, часть ее затрачивается на отрыв электрона с поверхности вещества, а оставшаяся часть – это кинетическая энергия фотоэлектрона.
Работой выхода А называется энергия, которую необходимо затратить, чтобы оторвать электрон с поверхности вещества.
Уравнение фотоэффекта (уравнение Эйнштейна)
(2.1)
Если hν < A, то фотоэффект отсутствует.
(2.2)
Задача 2.1
Красная граница фотоэффекта для цинка составляет 310 нм. Определить максимальную кинетическую энер- гию (в электрон-вольтах) фотоэлектронов и задержива-ющую разность потенциалов, если на цинк падает ультрафиолетовое излучение с длиной волны 200 нм.
Дано:
λ0 = 310 нм = 0,31·10-6 м
λ = 200 нм = 0,2·10-6 м
WKmax - ? UЗ - ?
2.2. Фотоны
Электромагнитное излучение не только испускает-ся, поглощается, но и распространяется в виде отдельных квантов (фотонов).
Опыт Боте:
Энергия фотона
определяется его частотой ():
, где
или длиной волны :
Масса фотона:
(2.3)
В вакууме v = c
В среде
Импульс фотона:
(2.4)
(2.5)
Три корпускулярные характеристики фотона (энергия, масса, импульс) связаны с его волновой характеристикой (частотой).
2.3. Эффект Комптона
1892 - 1962
1923 г.
Эффект Комптона можно объясняется тем, что про-цесс рассеяния представляет собой упругое столкнове-ние рентгеновского фотона с почти свободными электронами.
Фотон до столкновения:
Электрон до столкновения:
Фотон после столкновения:
Электрон после столкновения:
Из законов сохранения энергии и импульса:
(2.6)
(2.7)
Разделим (2.6) на с (ω/с = k)
(2.8)
Возведем (2.8) в квадрат
(2.9)
(2.10)
Возведем (2.7) в квадрат
Сравним (2.9) и (2.10)
(2.11)
Умножим (2.11) на
(2.12)
(2.13)
- комптоновская длина волны
2.4. Давление света.
Опыт П. Лебедева (1900 г.)
Зеркальный лепесток:
Зачерненный лепесток:
dt N
(2.14)
Коэффициент отражения ρ – часть фотонов, отразившихся от площадки.
До соударения:
После соударения:
2.5. Корпускулярно-волновой дуализм.
Волновые свойства Корпускулярные свойства
- интерференция - излучение ЭМ волн
- дифракция - фотоэффект
- поляризация - эффект Комптона
Чем меньше длина волны, тем сильнее проявляются корпускулярные свойства и тем слабее – волновые.
(2.15)