Фотоэффект Скачать
презентацию
<<  Энергия фотоэффекта Открытие фотоэффекта  >>
Курс лекций по общей физике
Курс лекций по общей физике
Курс лекций по общей физике
Курс лекций по общей физике
Курс лекций по общей физике
Курс лекций по общей физике
З д р а в с т в у й т е
З д р а в с т в у й т е
Фотоэлектрический эффект
Фотоэлектрический эффект
Корпускулярно-волновой дуализм
Корпускулярно-волновой дуализм
Гипотеза Планка
Гипотеза Планка
Медная сетка
Медная сетка
Медная сетка
Медная сетка
Г. Ф. Ленард
Г. Ф. Ленард
*
*
*
*
Вентильный фотоэффект
Вентильный фотоэффект
Максимальное значение тока
Максимальное значение тока
Задерживающее напряжение
Задерживающее напряжение
Законы внешнего фотоэффекта
Законы внешнего фотоэффекта
Практическая безинерционность фотоэффекта
Практическая безинерционность фотоэффекта
Волновая теория
Волновая теория
Распространение
Распространение
Распространение света
Распространение света
Уравнение
Уравнение
Красная граница
Красная граница
Единицы масштаба
Единицы масштаба
Единицы масштаба
Единицы масштаба
Единицы масштаба
Единицы масштаба
Среднее значение h
Среднее значение h
Распространении света в виде потока отдельных фотонов
Распространении света в виде потока отдельных фотонов
Опыт А.Ф.Иоффе
Опыт А.Ф.Иоффе
Рентгеновское излучение
Рентгеновское излучение
Флуктуации
Флуктуации
Вавилов Сергей Иванович
Вавилов Сергей Иванович
Вавилов Сергей Иванович
Вавилов Сергей Иванович
Масса и импульс фотона
Масса и импульс фотона
Фотон
Фотон
Давление света
Давление света
Экспериментальное доказательство
Экспериментальное доказательство
Эффект Комптона
Эффект Комптона
Схема явления
Схема явления
Итоги измерений
Итоги измерений
Эффект
Эффект
Упругое столкновение
Упругое столкновение
Упругое столкновение
Упругое столкновение
Значения величин
Значения величин
Выражение
Выражение
Масса атома
Масса атома
Боте разработал метод совпадения
Боте разработал метод совпадения
Боте разработал метод совпадения
Боте разработал метод совпадения
Тормозное рентгеновское излучение
Тормозное рентгеновское излучение
Тормозное рентгеновское излучение
Тормозное рентгеновское излучение
Излучения всех длин волн
Излучения всех длин волн
Излучения всех длин волн
Излучения всех длин волн
Существование коротковолновой границы
Существование коротковолновой границы
Фотон обладает энергией
Фотон обладает энергией
Частица, не обладающая массой покоя
Частица, не обладающая массой покоя
Волновое число
Волновое число
Фотоны
Фотоны
Корпускулярно-волновая природа света
Корпускулярно-волновая природа света
Опыты по дифракции
Опыты по дифракции
Волны де Бройля
Волны де Бройля
Луи де Бройль
Луи де Бройль
Луи де Бройль
Луи де Бройль
Луи де Бройль
Луи де Бройль
Электронная пушка
Электронная пушка
Электронная пушка
Электронная пушка
Клинтон Дэвиссон
Клинтон Дэвиссон
Клинтон Дэвиссон
Клинтон Дэвиссон
Лестер Джермер
Лестер Джермер
Лестер Джермер
Лестер Джермер
Энергия электрона
Энергия электрона
Опыты Дэвиссона и Джермера
Опыты Дэвиссона и Джермера
Опыты Дэвиссона и Джермера
Опыты Дэвиссона и Джермера
Падающие электроны
Падающие электроны
56
56
56
56
Максимумы на кривой
Максимумы на кривой
Описанные опыты
Описанные опыты
Дифракция
Дифракция
Дифракция электронов
Дифракция электронов
Дифракция электронов
Дифракция электронов
Пучок малой интенсивности
Пучок малой интенсивности
Пучок малой интенсивности
Пучок малой интенсивности
Прохождение микрочастицы
Прохождение микрочастицы
Прохождение микрочастицы
Прохождение микрочастицы
Волна
Волна
Неопределенность значений координаты
Неопределенность значений координаты
Фотоэлектрический эффект
Фотоэлектрический эффект
Фотоэлектрический эффект
Фотоэлектрический эффект
Фотоэлектрический эффект
Фотоэлектрический эффект
Уравнения де Бройля
Уравнения де Бройля
Французский физик
Французский физик
Неопределенность значений энергии
Неопределенность значений энергии
Вернер Гейзенберг
Вернер Гейзенберг
Вернер Гейзенберг
Вернер Гейзенберг
Волновые свойства частиц
Волновые свойства частиц
Интерференцию электронов на двух щелях удалось зафиксировать
Интерференцию электронов на двух щелях удалось зафиксировать
Интерференцию электронов на двух щелях удалось зафиксировать
Интерференцию электронов на двух щелях удалось зафиксировать
Интерференционная картина
Интерференционная картина
Интерференционная картина
Интерференционная картина
Принцип неопределенности
Принцип неопределенности
Фотоэлектрический эффект
Фотоэлектрический эффект
Картинки из презентации «Фотоэлектрический эффект» к уроку физики на тему «Фотоэффект»

Автор: t3. Чтобы познакомиться с картинкой полного размера, нажмите на её эскиз. Чтобы можно было использовать все картинки для урока физики, скачайте бесплатно презентацию «Фотоэлектрический эффект.ppt» со всеми картинками в zip-архиве размером 2026 КБ.

Скачать презентацию

Фотоэлектрический эффект

содержание презентации «Фотоэлектрический эффект.ppt»
Сл Текст Сл Текст
1Курс лекций по общей физике. Крючков Юрий Юрьевич профессор, 27тела потоком монохроматического излучения (частота v), падающего
д-р физ.-мат. наук каф. ОФ ЕНМФ ТПУ. перпендикулярно поверхности. Если в единицу времени на единицу
2З д р а в с т в у й т е! площади поверхности тела падает N фотонов, то при коэффициенте
3Лекция 19. Тема: Фотоэлектрический эффект. 19.1. отражения ? света от поверхности тела ?N фотонов отразится, а (1
Фотоэлектрический эффект; 19.2. Законы внешнего фотоэффекта; - ?)N — поглотится. Каждый поглощенный фотон передает
19.3. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта; 19.4. поверхности импульс р? = hv/c, а каждый отраженный — 2р? = 2hv/c
Применение фотоэффекта (самостоятельно!!!) 19.5. Масса и импульс (при отражении импульс.
фотона; 19.6. Эффект Комптона и его элементарная теория; 28фотона изменяется на -р?). Давление света на поверхность
Сегодня: пятница, 3 октября 2014 г. равно импульсу, который передают поверхности в 1с N фотонов: Nhv
4Лекция 19. Тема: Фотоэлектрический эффект. Продолжение 19.7. = Ee есть энергия всех фотонов, падающих на единицу поверхности
Корпускулярно-волновой дуализм; электромагнитного излучения в единицу времени, т. е. облученность поверхности, а Ее/с = ? -
19.8. Волны де Бройля. Опыт Девиссона. Сегодня: пятница, 3 объемная плотность энергии излучения. Поэтому давление,
октября 2014 г. производимое светом при нормальном падении на поверхность,
5Гипотеза Планка, блестяще решившая задачу теплового (19.5.3) Формула (19.5.3), выведенная на основе квантовых
излучения абсолютно черного тела, получила подтверждение и представлений, совпадает с выражением, полученным из
дальнейшее развитие при объяснении фотоэффекта — явления, электромагнитной (волновой) теории Максвелла. Таким образом,
открытие и исследование которого сыграло важную роль в давление света одинаково успешно объясняется и волновой, и
становлении квантовой теории. Различают фотоэффект внешний, квантовой теорией.
внутренний и вентильный. Внешним фотоэлектрическим эффектом 29Экспериментальное доказательство существования светового
(фотоэффектом) называется испускание электронов веществом под давления на твердые тела и газы дано в опытах П. Н. Лебедева,
действием электромагнитного излучения. Внешний фотоэффект сыгравших в свое время большую роль в утверждении теории
наблюдается в твердых телах (металлах, полупроводниках, Максвелла. Лебедев использовал легкий подвес на тонкой нити, по
диэлектриках), а также в газах на отдельных атомах и молекулах краям которого прикреплены легкие крылышки, одни из которых
(фотоионизация). Фотоэффект открыт в 1887 г. Г. Герцем, зачернены, а поверхности других зеркальные. Для исключения
наблюдавшим усиление процесса разряда при облучении искрового конвекции и радиометрического эффекта использовалась подвижная
промежутка ультрафиолетовыми лучами. Первые фундаментальные система зеркал, позволяющая направлять свет на обе поверхности
исследования фотоэффекта выполнены русским ученым А. Г. крылышек, подвес помещался в откачанный баллон, крылышки
Столетовым. Принципиальная схема для исследования фотоэффекта подбирались очень тонкими (чтобы температура обеих поверхностей
приведена на рис. 19.1. В электрическую сеть включался была одинакова). Значение светового давления на крылышки
конденсатор, положительной. 19.1. Фотоэлектрический эффект. определялось по углу закручивания нити подвеса и совпадало с
6обкладкой которого была медная сетка С, а отрицательной — теоретически рассчитанными. В частности, оказалось, что давление
цинковая пластина D. Когда от источника света S лучи света на зеркальную поверхность вдвое больше, чем на зачерненную
направлялись на отрицательно заряженную пластину D, в цепи (см. (19.5.3)).
возникал электрический ток. Когда пластина D заряжалась 3019.6. Эффект Комптона и его элементарная теория Наиболее
положительно, а сетка С отрицательно, гальванометр G не полно и ярко корпускулярные свойства света проявляются в эффекте
обнаруживал электрического тока. Столетов установил следующие Комптона. Американский физик А. Комптон (1892 — 1962), исследуя
закономерности, не утратившие своего значения до нашего времени: в 1923 г. рассеяние монохроматических рентгеновских лучей
Рис.19.1. Наиболее эффективное действие оказывают веществами с легкими атомами (парафин, бор), обнаружил, что в
ультрафиолетовые лучи; под действием света вещество теряет составе рассеянного излучения наряду с излучением первоначальной
только отрицательные заряды; сила тока, возникающего под длины волны наблюдается также излучение более длинных волн.
действием света, прямо пропорциональна его интенсивности. Опыты показали, что разность ?? = ?' - ? не зависит от длины
7В 1899 г. Ф. Ленард (1862 - 1947, немецкий физик) и У. волны ? падающего излучения и природы рассеивающего вещества, а
Томсон методом отклонения зарядов в электрическом и магнитном определяется только величиной угла рассеяния ?: (19.6.1) где ?'—
полях определили удельный заряд частиц, вырываемых светом из длина волны рассеянного излучения, ?к — комптоновская длина
катода, доказав, что эти частицы являются электронами. Это было волны (при рассеянии фотона на электроне ?к = 2,426 пм).
подтверждено в 1922 г. опытами А. Ф. Иоффе и Н. И. Добронравова, 31e-. Схема явления Комптона. Источник ? лучей-молибденовый
исследовавшими фотоэффект на микроскопических заряженных антикатод, исследуемый образец-графит. Изучался спектр лучей,
металлических пылинках. Кроме внешнего фотоэффекта существует рассеянных графитом под различными углами . Для этого был
внутренний фотоэффект - вызванные электромагнитным излучением применен рентгеновский спектрометр. ? ?
переходы электронов внутри полупроводника или диэлектрика из 32*. На (рис.19.6) представлены итоги измерений, сделанных
связанных состояний в свободные без вылета наружу. В результате Комптоном. Оказалось, что в спектре рассеянных лучей, кроме
концентрация носителей тока внутри тела увеличивается, что линии, имеющей длину волны излучения, падающего на графит,
приводит к возникновению фотопроводимости (повышению появляется еще одна линия с большей длиной волны; сдвиг длины
электропроводности полупроводника или диэлектрика при его волны этой линии по отношению к длине основной растет с
освещении) или к возникновению э. д. с. увеличением угла рассеяния ?. Эффектом Комптона называется
8*. u. Рис.19.3. Рис.19.2. J. J1. e-. A. K. J2. mA. V. 0. -U. упругое рассеяние коротковолнового электромагнитного излучения
9Вентильный фотоэффект — возникновение э. д. с. (фото-э. д. (рентгеновского и ?-излучений) на свободных (или слабосвязанных)
с.) при освещении контакта двух разных полупроводников или электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны.
полупроводника и металла (при отсутствии внешнего электрического 33Этот эффект не укладывается в рамки волновой теории,
поля). Вентильный фотоэффект открывает, таким образом, пути для согласно которой длина волны при рассеянии изменяться не должна:
прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. под действием периодического поля световой волны электрон
Приведенная на рис. 19.2 экспериментальная установка позволяет колеблется с частотой поля и поэтому излучает рассеянные волны
исследовать вольтамперную характеристику фотоэффекта — той же частоты. Объяснение эффекта Комптона дано на основе
зависимость фототока J, образуемого потоком электронов, квантовых представлений о природе света. Если считать, как это
испускаемых катодом под действием света, от напряжения U между делает квантовая теория, что излучение имеет корпускулярную
электродами. Такая зависимость, соответствующая двум различным природу, т. е. представляет собой поток фотонов, то эффект
освещенностям Е0 катода (частота света в обоих случаях Комптона — результат упругого столкновения рентгеновских фотонов
одинакова), приведена на рис. 19.3. По мере увеличения U со свободными электронами вещества (для легких атомов электроны
фото-ток постепенно возрастает, т. е. все большее число слабо связаны с ядрами атомов, поэтому их можно считать
фотоэлектронов достигает анода. Пологий характер кривых свободными). В процессе этого столкновения фотон передает
показывает, что электроны вылетают из катода с различными электрону часть своих энергии и импульса в соответствии с
скоростями. законами их сохранения.
10Максимальное значение тока Jнас — фототок насыщения — 34Рассмотрим упругое столкновение двух частиц (рис. 19.7) -
определяется таким значением U, при котором все электроны, налетающего фотона, обладающего импульсом р? = hv/c и энергией
испускаемые катодом, достигают анода: где п — число электронов, ?? = hv, с покоящимся свободным электроном (энергия покоя W0 =
испускаемых катодом в 1 с. Из вольтамперной характеристики т0с2; т0 — масса покоя электрона). Фотон, столкнувшись с
следует, что при (U = 0) фототок не исчезает. Следовательно, электроном, передает ему часть своей энергии и импульса и изме-
электроны, выбитые светом из катода, обладают некоторой няет направление движения (рассеивается). Уменьшение энергии
начальной скоростью ?, а значит, и отличной от нуля кинетической фотона и означает увеличение длины волны рассеянного излучения.
энергией и могут достигнуть анода без внешнего поля. Для того Пусть импульс и энергия рассеянного фотона равны р'у = hv'/c и
чтобы фототок стал равным нулю, необходимо приложить ?'у = hv'. Электрон, ранее покоившийся, приобретает импульс ре =
задерживающее напряжение U0. При U = U0 ни один из электронов, m? и энергию W= mс2 и приходит в движение — испытывает отдачу.
даже обладающий при вылете из катода максимальной скоростью При каждом таком столкновении выполняются законы сохранения
?макс, не может преодолеть задерживающего поля и достигнуть энергии и импульса. Согласно закону сохранения энергии,
анода. Следовательно, (19.1.1). Рис.19.7.
11т. е., измерив задерживающее напряжение U0, можно определить 35(19.6.2) а согласно закону сохранения импульса, (19.6.3)
максимальные значения скорости и кинетической энергии Подставив в выражении (19.6.2) значения величин и представив
фотоэлектронов. Путем изучения вольтамперных характеристик (19.6.3) в соответствии с рис. 19.6, получим (19.6.4) (19.6.5)
разнообразных материалов (важна чистота поверхности, поэтому Масса электрона отдачи связана с его скоростью ? соотношением m*
измерения проводятся в вакууме и на свежих поверхностях) при = m0/?l — (? /c)2. Возведя уравнение (19.6.4) в квадрат, а затем
различных частотах падающего на катод излучения и различных вычитая из него (19.6.5) и учитывая m* получим.
энергетических освещенностях катода и обобщения полученных 36Поскольку ? = с/?, ?' = с/ ?' и ?? = ?' - ?, получим
данных были установлены следующие три закона внешнего (19.6.6) Выражение (19.6.6) есть не что иное, как полученная
фотоэффекта (Законы Столетова). экспериментально Комптоном формула (19.6.1). Подстановка в нее
1219.2. Законы внешнего фотоэффекта I. Закон Столетова: при значений h, m0 и с дает комптоновскую длину волны электрона ?к =
фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, h/(moc) = 2,426 пм. Наличие в составе рассеянного излучения
вырываемых из катода в единицу времени, пропорционально «несмещенной» линии (излучения первоначальной длины волны) можно
интенсивности света (сила фототока насыщения пропорциональна объяснить следующим образом. При рассмотрении механизма
энергетической освещенности Ее катода). II.Максимальная рассеяния предполагалось, что фотон соударяется лишь со
начальная скорость (максимальная начальная кинетическая энергия) свободным электроном. Однако если электрон сильно связан с
фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а атомом, как это.
определяется только его частотой v, а именно линейно возрастает 37имеет место для внутренних электронов (особенно в тяжелых
с увеличением частоты. III. Для каждого вещества существует атомах), то фотон обменивается энергией и импульсом с атомом в
«красная граница» фотоэффекта, т. е. минимальная частота v0 целом. Так как масса атома по сравнению с массой электрона очень
света (зависящая от химической природы вещества и состояния eго велика, то атому передается лишь ничтожная часть энергии фотона.
поверхности), при которой свет любой интенсивности фотоэффекта Поэтому в данном случае длина волны ?' рассеянного излучения
не вызывает. практически не будет отличаться от длины волны ? падающего
13Кроме того, установлена практическая безинерционность излучения. Эффект Комптона наблюдается не только на электронах,
фотоэффекта: ток немедленно возникает при освещении поверхности но и на других заряженных частицах, например протонах, однако
тела, при условии, что частота света ? >> v0. Качественное ввиду большой массы протона его отдача «просматривается» лишь
объяснение фотоэффекта с волновой точки зрения на первый взгляд при рассеянии фотонов очень высоких энергий.
не должно было бы представлять трудностей. Действительно, под 38Боте разработал метод совпадения. Тонкая металлическая
действием поля световой волны в металле возникают вынужденные фольга Ф помещается между двумя газоразрядными счетчиками Сч.
колебания электронов, амплитуда которых (например, при Так было экспериментально доказано существование особых световых
резонансе) может быть достаточной для того, чтобы электроны частиц – фотонов. Опыт Боте. 38.
покинули металл; тогда и наблюдается фотоэффект. Кинетическая 39Тормозное рентгеновское излучение. Тормозное рентгеновское
энергия, с которой электрон вырывается из металла, должна была излучение. Тормозное рентгеновское излучение. - Мощность
бы зависеть от интенсивности падающего света, так как с излучения электрона. За время торможения электрон излучает
увеличением последней электрону передавалась бы большая энергия. энергию. Где ?0 – начальная скорость электрона. Квантовая
Однако этот вывод противоречит II закону фотоэффекта. Так как, природа излучения подтверждается также существованием
по волновой теории, энергия, передаваемая электронам, коротковолновой границы тормозного рентгеновского спектра. 39.
пропорциональна интенсивности света, то свет любой частоты, но 40Согласно классической электродинамике при торможении
достаточно большой интенсивности должен был бы вырывать электрона, должны возникать излучения всех длин волн от нуля до
электроны из металла; иными словами, «красной границы» бесконечности. Длина волны, на которую приходится максимум
фотоэффекта не должно быть, что противоречит III. мощности излучения, должна уменьшаться по мере увеличения
14закону фотоэффекта. Кроме того, волновая теория не смогла скорости электронов, что подтверждается на опыте. 40.
объ- яснить безинерционность фотоэффекта, установленную опытами. 41Экспериментально установлено, что. Существование
Таким образом, фотоэффект необъясним с точки зрения волновой коротковолновой границы непосредственно вытекает из квантовой
теории света. 19.3. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта природы излучения. Действительно если излучение возникает за
А. Эйнштейн в 1905 г. показал, что явление фотоэффекта и его счёт энергии, теряемой электроном при торможении, то энергия
закономерности могут быть объяснены на основе предложенной им кванта ?? не может превысить энергию электрона eU т.е. ?? ? eU
квантовой теории фотоэффекта. Согласно Эйнштейну, свет частотой или h? ? eU, отсюда. Или. 41.
v не только испускается, как это предполагал Планк, но и 42Фотон обладает энергией W = h? = h(c/?). Для видимого света
распространяется в пространстве, и поглощается веществом длина волны ? = 0,5 мкм и энергией W = 2,2 эВ, для рентгеновских
отдельными порциями (квантами), энергия которых ?0 = h?. В лучей ? = 10 — 0,005нм и W = 100 эВ до 250 кэВ. Фотон обладает
монохроматическом свете с частотой v все фотоны имеют одинаковую инертной массой: W = mc2 ? mф = W/c2 = hc/?c2 = h/c?; Фотон
энергию, равную hv. Поглощение света состоит в том, что фотоны движется со скоростью света c = 3·108 м/с. Подставим это
передают всю свою энергию!!! атомам и молекулам вещества. Из значение скорости в выражение. 42.
этого следует, что поглощение света, как и его. 43Фотон – частица, не обладающая массой покоя потому, что она
15распространение, происходит прерывно, отдельными порциями. может существовать только двигаясь со скоростью света c. Найдем
Эйнштейн пришел к этим результатам, анализируя свойства выражение для энергии и импульса фотона. Мы знаем релятивистское
электромагнитного поля излучения с частотой v, заключенного в выражение для импульса. И для энергии. 43.
объеме V0. стенки которого абсолютно «черные». Он доказал, что 44В последнем выражении размерности всех членов соответствуют
возможно такое состояние электромагнитного поля, когда вся его размерности p2 т. е. p2 = E2/c2 откуда. Где k – волновое число.
энергия E соберется в малом объеме V<<V0. Вероятность 44.
такого явления, как показал Эйнштейн, выражается формулой w = 45Фотоны. Свойства фотонов: Масса покоя =0 2. Скорость = с 3.
(V/Vo)E/hv. Этот результат он сравнил с полученным им же Фотон обладает. Свет обнаруживает корпускулярно-волновой
результатом по расчету вероятности флуктуации плотности газа. дуализм. Энергией. Импульсом. 45.
Пусть в объеме V0 находится N молекул идеального газа. 4619.7. Корпускулярно-волновая природа света. *. Опыты Ботэ,
Существует определенная, хотя и очень малая, вероятность того, эффект Комптона, тепловое излучение, опыты Лебедева, опыты
что все молекулы самопроизвольно соберутся в объеме V<<V0. Добронравова казалось бы убедительно доказывают справедливость
Легко убедиться, что w = (V/Vo)N. Сравнивая эти формулы для квантовых (корпускулярных) представлений о природе света.
вероятностей рассматриваемых флуктуации, Эйнштейн пришел к Однако, с другой стороны,большая группа оптических явлений:
выводу, что в случае электромагнитного поля роль числа частиц интерференция, дифракция, поляризация света, дифракция
играет отношение E/hv. Это означает, что излучение состоит из электронов, дифракция рентгеновских лучей неопровержимо
отдельных частиц — фотонов с энергией hv каждый. свидетельствуют о волновой природе света. По современным
16Т.o, распространение света нужно рассматривать не как представлениям свет одновременно обладает свойствами непрерывных
непрерывный волновой процесс, а как поток локализованных в электромагнитных волн и свойствами дискретных фотонов.
пространстве дискретных световых квантов, движущихся со Корпускулярные свойства обусловлены тем, что энергия, импульс и
скоростью с распространения света в вакууме. Эти кванты масса излучения локализованы в дискретных «частицах»-фотонах,
электромагнитного излучения получили название фотонов. По волновые - статистическими закономерностями распределения
Эйнштейну, каждый квант поглощается только одним электроном. фотонов в пространстве,
Поэтому число вырванных фотоэлектронов должно быть 47*. Определяющими вероятности нахождения фотонов в различных
пропорционально числу поглощенных фотонов, т. е. пропорционально точках пространства. Опыты по дифракции с малыми и большими
интенсивности света (I закон фотоэффекта). Безинерционность интенсивностями света дают одинаковую дифракционную картину, это
фотоэффекта объясняется тем, что передача энергии при позволяет считать, что волновые свойства присущи не только
столкновении фотона с электроном происходит почти мгновенно. совокупности большого числа одновременно движущихся фотонов, но
Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном также каждому отдельному фотону. Волновые свойства фотона
работы выхода А из металла и на сообщение вылетевшему проявляются в том, что для него нельзя указать точно, в какую
фотоэлектрону кинетической энергии. именно точку экрана он попадет после прохождения через
17По закону сохранения энергии, h? = A + (19.3.1) Уравнение рассматриваемую оптическую систему. Можно говорить лишь о
(19.3.1) называется уравнением Эйнштейна для внешнего вероятности попадания фотона в различные точки экрана. Т.е.
фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна позволяет объяснить II и III фотоны качественно отличаются от световых корпускул Ньютона,
законы фотоэффекта. Из (19.3.1) непосредственно следует, что движение которых как считал Ньютон, подобно движению
максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона линейно макроскопических тел.
возрастает с увеличением частоты падающего излучения и не 4819.8. Волны де Бройля. Опыт Дэвиссона. ? = h/m? Формула де
зависит от его интенсивности (числа фотонов), так как ни А, ни v Бройля (19.8.1). *. По гипотезе де Бройля не только фотоны, но и
от интенсивности света не зависят (II закон фотоэффекта). Так все "обыкновенные частицы" (электроны, протоны,
как с уменьшением частоты света кинетическая энергия нейтроны и др.) обладают волновыми свойствами, которые, в
фотоэлектронов уменьшается (для данного металла А = const), то частности, должны проявляться в явлениях интерференции,
при некоторой достаточно малой частоте v = v0 кинетическая дифракции. Гипотеза де Бройля вскоре была подтверждена
энергия фотоэлектронов станет равной нулю и фотоэффект экспериментально. Девиссон и Джермер в 1927 г. наблюдали
прекратится (III закон фотоэффекта). Согласно изложенному, из дифракцию электронов на монокристалле никеля. Узкий пучок
(19.3.1) получим, что ?0 = A/h (19.3.2). электронов направлялся на поверхность монокристалла никеля.
18и есть «красная граница» фотоэффекта для данного металла. Отраженные электроны улавливались цилиндрическим электродом (см.
Она зависит лишь от работы выхода электрона, т. е. от химической рис.), присоединенным к гальванометру. Интенсивность отраженного
природы вещества и состояния его поверхности. Выражение пучка оценивалась по силе тока, текущего через гальванометр.
(19.3.1), используя (19.1.1) и (19.3.2), можно записать в виде 49Луи де Бройль Louis Victor Pierre Raymond duc de Broglie
eU0 =h(? - ?0). (19.3.3) Подтверждением правильности формулы 15.08.1892 – 19.08.1987. 7-й герцог Бройльи. французский физик
(19.3.3) является определение из нее постоянной Планка: Из опыта Родился в Дьеппе, Франция (Dieppe, France) Умер в Париже,
необходимо определить величину напряжения (-U0), при котором Фраеция (Paris, France). 49.
исчезает фототок. Далее, необходимо построить графически 50*. Электронная пушка. Цилиндр Фарадея. Кристалл никеля.
зависимость еU0 от ?. Эта зависимость выражается прямыми, Схема опытов Девиссона.
представленными на рис. 19.4 для трех металлов: алюминия, цинка 51Клинтон Дэвиссон Clinton Joseph Davisson 22.10.1881 –
и никеля. Точками изображены результаты измерений еU0 при 01.02.1958. американский физик Родился в Блумингтоне, США
различных частотах. Видно, что все прямые параллельны друг (Bloomington, Illinois) Умер в Шарлотсвилле, США (Virginia,
другу, причем наклон прямых не зависит от природы металла. По Charlottesville) The Nobel Prize in Physics 1937. 51.
углу между прямыми и осью абсцисс можно определить постоянную 52Лестер Джермер Lester Halbert Germer 10.10.1896 – 3.10.1971.
Планка: tg? = hK, где К — соотношение. американский физик Родился в Кембридже, США (Chicago) Умер в
19размерных величин, принятых за единицы масштаба по осям еU0 Нью-Йорке, США (Gardiner, New York). 52.
и v. В наиболее точных опытах, проведенных в 1928г. П. И. 53При прохождении электроном ускоряющей разности потенциалов:
Лукирским и С. С. Прилежаевым, вакуумная трубка, изображенная на 15.3. Если энергия электрона несколько эВ, то длина волны
рис. 19.5, представляла собой сферический конденсатор. порядка 1 нм, то есть порядка межплоскостных расстояний в
Стеклянный шар, посеребренный изнутри, являлся внешней обкладкой кристалле (длины волны рентгеновского излучения). Поэтому для
конденсатора и играл роль анода А. Катод К имел вид шарика из наблюдения дифракции микрочастиц следует использовать кристаллы.
исследуемого металла. В этой установке на анод попадают все 53.
электроны с такой начальной скоростью ?0, так что m?02? е|U0|, 54Опыты Дэвиссона и Джермера. Первым опытом по дифракции
где U0 — задерживающее напряжение. Это повышает точность частиц, подтвердившим исходную идею квантовой механики –
определения максимальной скорости фотоэлектронов ?0 и позволяет корпускулярно-волновой дуализм, явился опыт американских физиков
наиболее точно определить постоянную Планка. Рис.19.5. Рис.19.4. К. Дэвиссона и Л. Джермера, проведенный в 1927 по дифракции
20Среднее значение h, полученное из наиболее точных опытов по электронов на монокристаллах никеля. Условием наблюдения
внешнему фотоэффекту, оказалось равным 6,543·10-34 Дж·с. Это дифракционного максимума при отражении от кристалла является
согласуется с результатами других методов определения h. Тем условие Брэггов-Вульфа : В опыте Дэвиссона и Джермера при
самым подтверждается правильность уравнения Эйнштейна для «отражении» электронов от поверхности кристалла никеля при
фотоэффекта и идей Эйнштейна о квантовом характере определённых углах отражения возникали максимумы. 54.
взаимодействия света с электронами при фотоэффекте. Если 55Ожидали получить дифракционную картину, аналогичную картине
интенсивность света очень большая (лазерные пучки), то возможен возникающей при дифракции рентгеновских лучей на том же
многофотонный (нелинейный) фотоэффект, при котором электрон, кристалле, поскольку длина волны де Бройля для электронов
испускаемый металлом, может одновременно получить энергию не изменялась в диапазоне длин волн рентгеновских лучей. Ожидание
одного, а N фотонов (N = 2,3,4,5). Многофотонный фотоэффект подтвердилось. Падающие электроны. Отражённые электроны. Угловое
описывается уравнением Nh? = A + m?2/2. Соответственно «красная распределение отражённых электронов в опытах Девиссона и
граница» многофотонного фотоэффекта (?0)N = A/(Nh). Джермера.
21Блестящим экспериментальным подтверждением идеи Эйнштейна о 5656.
распространении света в виде потока отдельных фотонов и 57Максимумы на кривой соответствуют отдельным дифракционным
квантовом характере взаимодействия электромагнитного излучения с максимумам. Их положение, найденное экспериментально, в точности
веществом явились опыты А. Ф. Иоффе и Н. И. Добронравова по совпало с вычисленным из условия Вульфа-Брегга, в которое
изучению фотоэффекта на микроскопических пылинках из висмута. подставлялась формула де Бройля для ?. У кристалла никеля d =
Пылинка уравновешивалась в электрическом поле плоского 0,91? и при U = 54 В дебройлевская длина волны равна 0,167 нм.
конденсатора. Одна из пластин конденсатора изготовлялась из Соответствующая длина волны, найденная по формуле
тончайшей алюминиевой фольги, которая являлась одновременно Вульфа-Брэггов, равна 0,165 нм. Совпадение очень хорошее, так
антикатодом миниатюрной рентгеновской трубки. Антикатод что гипотеза де Бройля подтверждается экспериментально.
бомбардировался ускоренными до 12 кВ фотоэлектронами, 58Описанные опыты были аналогичны опытам Лауэ с рентгеновскими
испускаемыми катодом при освещении ультрафиолетовым светом. лучами. Опыты, аналогичные методу Дебая-Шерера, впервые были
Освещенность катода подбиралась такой слабой, чтобы из него в 1 проведены П.О.Тартаковским, Томсоном и Рейдом на быстрых
с вырывалось лишь 1000 фотоэлектронов. Это же означает, что электронах. Применимость формулы де Бройля не ограничивается
рентгеновское излучение антикатода состояло из отдельных только электронами; любой частице соответствует волна,
импульсов (1000 импульсов в 1 с). Из опыта следовало, что в определяемая этой формулой. Для теннисного мяча (? = 25м/с.) – ?
среднем через каждые 30 мин уравновешенная пылинка выходила из = 6·10-22см, для атомов водорода – ?=1,2·10-8 см, т.е около 1 .
равновесия, т. е. рентгеновское излучение освобождало из нее 59Дифракция позднее наблюдалась и для более тяжелых заряженных
фотоэлектрон, приобретающий энергию согласно уравнению Эйнштейна частиц – протонов, ионов гелия и др. Экспериментально доказано,
(19.3.1). что волновые свойства присущи всем без исключения микрочастицам.
223.Опыт А.Ф.Иоффе и Н И.Добронравова. *. В. Wi. А. L. Катод 60Дифракция электронов при прохождении плёнок алюминия и
(AI). К насосу. УФ лучи. Wi – Висмутовая пылинка r = 3·10-5 см L золота впервые исследовали Дж. Дж. Томсон и П. С. Тартаковский.
– Кварцевое окошко А – Анод из АI, толщиной ~ 5·10-3 мм В – (1927 г.). Вскоре после этого удалось наблюдать и явления
Пластинка. дифракции атомов и молекул. Дифракция нейтронов. 60.
23Если бы рентгеновское излучение распространялось в виде 61В 1949 г. Л.М. Биберман, Н.Г. Сушкин, В.А. Фабрикант
сферических волн, а не отдельных фотонов, то каждый использовали пучок малой интенсивности - такой, что каждый
рентгеновский импульс отдавал бы пылинке очень малую часть своей рассеянный электрон проходил через кристалл поодиночке и
энергии, которая распределялась бы, в свою очередь, между регистрировался фотопластинкой. Т.е. было доказано, что
огромным числом электронов, содержащихся в пылинке. Поэтому при волновыми свойствами обладает каждый отдельный электрон. Таким
таком механизме трудно вообразить, что один из электронов за образом, было доказано, что волновые свойства являются
такое короткое время, как 30 мин, может накопить энергию, универсальным свойством всех микрочастиц. 61.
достаточную для преодоления работы выхода из пылинки. Напротив, 62Прохождение микрочастицы через две щели. Картина для
с точки зрения корпускулярной теории это возможно. Так, если электронов идентична картине для фотонов. 62.
рентгеновское излучение распространяется в виде потока 63В случае фотонов понятно, так как волна делится на две
дискретных фотонов, то электрон выбивается из пылинки только части, которые интерферируют. Но электрон неделим и локализован
тогда, когда в нее попадает фотон. Элементарный расчет для в одной точке при попадании на фотопластинку. Значит, движение
выбранных условий дает, что в среднем в пылинку попадает один частицы подчиняется вероятностным законам. Интерференционная
фотон из 1800000. Так как в 1 с вылетает 1000 фотонов, то в картина лишь характеризует вероятность попадания электрона в
среднем в пылинку будет попадать один фотон в 30 мин, что определенную точку экрана. Поскольку формально она обладает
согласуется с результатами опыта. Если свет представляет собой свойствами классической волны ее назвали волновой функцией - ?
поток фотонов, то каждый фотон, попадая в регистрирующий прибор (пси - функция). Единственный способ «объяснения» этого явления
(глаз, фотоэлемент), должен вызывать то или иное действие. - создание математического формализма, который естественно
24независимо от других фотонов. Это же означает, что при должен быть непротиворечив и как бы объяснять прохождение
регистрации слабых световых потоков должны наблюдаться электрона через две щели. В его основе - каждой частице
флуктуации их интенсивности. Эти флуктуации слабых потоков поставлена в соответствие некоторая комплексная функция . В
видимого света действительно наблюдались С. И. Вавиловым. связи с тем, что нельзя указать через какую щель проходит
Наблюдения проводились визуально. Глаз, адаптированный к электрон, понятие траектории теряет смысл. 63.
темноте, обладает довольно резким порогом зрительного ощущения, 64?X - неопределенность значений координаты; ?px -
т. е. воспринимает свет, интенсивность которого не меньше неопределенность значений импульса. Соотношение
некоторого порога. Для света с ? = 525 нм порог зрительного неопределенностей. В.Гейзенберг, учитывая волновые свойства
ощущения соответствует у разных людей примерно 100 — 400 микрочастиц, показал, что объект микромира невозможно
фотонам, падающим на сетчатку за 1 с. С. И. Вавилов наблюдал одновременно с любой наперед заданной точностью характеризовать
периодически повторяющиеся вспышки света одинаковой классически, то есть координатой и проекцией импульса на
длительности. С уменьшением светового потока некоторые вспышки соответствующую ось. Соотношения неопределенностей имеют вид:
уже не воспринимались глазом, причем чем слабее становился 64.
световой поток, тем больше было пропусков вспышек. Это 65
объясняется флуктуациями интенсивности света, т. е. число 66
фотонов оказывалось по случайным причинам меньше порогового 67
значения. Таким образом, опыт Вавилова явился наглядным 68Уравнения де Бройля. Поскольку корпускулярно-волновой
подтверждением квантовых свойств света. дуализм имеет место для света (электромагнитного излучения), то
25ВАВИЛОВ Сергей Иванович Родился 24 марта 1891 г., Москва. он имеет место и для микрочастиц, поэтому микрочастицы обладают
умер 25 января 1951 г., Москва. физик, специалист в области корпускулярно-волновым дуализмом. Каждой микрочастице
оптики. Член-корреспондент по Отделению математических и соответствует волна, характеризующаяся частотой колебания ? и
естественных наук с 31 января 1931 г., академик по Отделению длиной волны ? - вследствие этого движение микрочастиц является
математических и естественных наук (физика, оптика, волновым движением. Эти соотношения, выражающие связь между
люминесценция) с 29 марта 1932 г., президент с 17 июля 1945 г. корпускулярными и волновыми свойствами микрочастиц, называются
по 25 января 1951 г. уравнениями де Бройля. 68.
2619.5. Масса и импульс фотона Согласно гипотезе световых 69Луи де Бройль Louis Victor Pierre Raymond duc de Broglie
квантов Эйнштейна, свет испускается, поглощается и 15.08.1892 – 19.08.1987. 7-й герцог Брольи. французский физик
распространяется дискретными порциями (квантами), названными Родился в Дьеппе, Франция (Dieppe, France) Умер в Париже,
фотонами. Энергия фотона ?0 = hv. Его масса находится из закона Фраеция (Paris, France). 69.
взаимосвязи массы и энергии: m? = hv/c2 (19.5.1) Фотон — 70?E - неопределенность значений энергии; ?t -
элементарная частица, которая всегда (в любой среде!) движется неопределенность определения времени. Определение энергии с
со скоростью света с и имеет массу покоя, равную нулю. точностью ?E должно занять интервал времени, равный по меньшей
Следовательно, масса фотона отличается от массы таких мере: Канонически сопряженные величины. Энергия и время являются
элементарных частиц, как электрон, протон и нейтрон, которые канонически сопряженными величинами. 70.
обладают отличной от нуля массой покоя и могут находиться в 71Вернер Гейзенберг Werner Karl Heisenberg 05.12.1901 –
состоянии покоя. Импульс фотона р? получим, если в общей формуле 01.02.1976. немецкий физик Родился в Вюрцбурге, Германия
теории относительности положим массу покоя фотона т0? = 0: p? = (W?rzburg, Deutschland) Умер в Мюнхене, Германия (M?nchen,
?0/c = hv/c (19.5.2). Deutschland) The Nobel Prize in Physics 1932. 71.
27Из приведенных рассуждений следует, что фотон, как и любая 72Волновые свойства частиц. Для фотона. Гипотеза Де Бройля для
другая частица, характеризуется энергией, массой и импульсом. частиц. 72.
Выражения (19.5.1), (19.5.2) и ?0 = h? связывают корпускулярные 73интерференцию электронов на двух щелях удалось зафиксировать
характеристики фотона — массу, импульс и энергию — с волновой на фотопластинке в эксперименте, выполненном К. Йенссоном в 1961
характеристикой света — его частотой v. Если фотоны обладают г. 73.
импульсом, то свет, падающий на тело, должен оказывать на него 74Интерференционная картина от двух щелей в случае электронов;
давление. С точки зрения квантовой теории, давление света на Интерференционная картина от двух щелей в случае света. 74.
поверхность обусловлено тем, что каждый фотон при соударении с 75Принцип неопределенности. 1927, Вернер Гейзенберг. 75.
поверхностью передает ей свой импульс. Рассчитаем с точки зрения 76
квантовой теории световое давление, оказываемое на поверхность
«Фотоэлектрический эффект» | Фотоэлектрический эффект.ppt
http://900igr.net/kartinki/fizika/Fotoelektricheskij-effekt/Fotoelektricheskij-effekt.html
cсылка на страницу

Фотоэффект

другие презентации о фотоэффекте

«Законы фотоэффекта» - Ультрафиолетовые лучи. Кинетическая энергия. Зависимость числа выбитых электронов от светового потока. Физический смысл. Задачи. Исследовать изменение. Уравнение Эйнштейна. Схема экспериментальной установки. Повторение. Закон фотоэффекта. Масса электрона. Сформулируйте гипотезы. Материал фотокатода.

«Фотоэффект и его законы» - Гипотеза Планка. Квантовая физика. Законы фотоэффекта. Частота падающего света. Длина волны. Город солнца. Фотоэффект и его законы. Фотоэффект. КПД солнечных батарей. Фотоэлемент. Фотоэлементы. Мотоцикл на солнечной батарее. Международная космическая станция. Опыт Герца. Теория фотоэффекта. Фотоны. Красная граница фотоэффекта.

«Фотоэлектрический эффект» - Итоги измерений. Значения величин. Клинтон Дэвиссон. Экспериментальное доказательство. Неопределенность значений координаты. Лестер Джермер. Тормозное рентгеновское излучение. Боте разработал метод совпадения. Принцип неопределенности. Распространение. Французский физик. Единицы масштаба. Схема явления.

«Открытие фотоэффекта» - Что называется фотоэффектом. Что такое фотон. Законы подчиняется фотоэффекта. Работа выхода. Основоположник теории фотоэффекта. Явление фотоэффекта. Импульс фотона. Макс Планк. Основоположник квантовой физики. Квантовая физика. Объяснение явления фотоэффекта. Значение открытия фотоэффекта. Как определить массу фотона.

«Световые кванты. Фотоэффект» - Герц Генрих. Александр Григорьевич Столетов. Луи де Бройль. График зависимости кинетической энергии фотоэлектронов от частоты. Теория фотоэффекта. Джозеф Джон Томсон. Законы А.Г. Столетова. Применение фотоэффекта. Петр Николаевич Лебедев. Цикл научного познания. График зависимости. Макс Планк. Артур Холли Комптон.

«Теория фотоэффекта» - Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов. Эксперимент. Освобождение фотоэлектронов. Схема экспериментальной установки. Стандартные и очень схожие задачи. Фотоэффект – это вырывание электронов из вещества под действием света. Законы фотоэффекта. Один из способов измерения постоянной Планка. Какова максимальная скорость электронов.

Урок

Физика

133 темы
Картинки
Презентация: Фотоэлектрический эффект | Тема: Фотоэффект | Урок: Физика | Вид: Картинки
900igr.net > Презентации по физике > Фотоэффект > Фотоэлектрический эффект.ppt