Transcript 光電效應實驗

波粒二象性
車吉平
學習重點
一.「光電效應」的現象
二.「光電效應」的解釋
三.「光電效應」的應用
四.物質波
五.總結-波粒二象性
一.「光電效應」的現象
光是波?還是粒子?
光是波動現象的證據:
光的干涉、繞射
但也有光具有粒子性的證據--光電效應實驗
一.「光電效應」的現象
光電效應:光照射金屬表面使電子釋出的現象
光電子:光照射金屬表面而釋出的電子
光電流:光電子形成的電流
最早發現者：赫茲
深入研究者：雷納
一.「光電效應」的現象
3個問題：
1.光一定能打出電子嗎？條件為何？
2.如何增加每秒打出的光電子數目？
(增 大 光 電 流)
3.如何增大光電子的動能？
(增大光電子速率)
雷納透過實驗，找到了這三個問題的答案
一.「光電效應」的現象
1：光的頻率要夠大，才能打出電子
注意：(1)頻率夠大也就是波長夠小(C=fλ)
(2)頻率要多大？要看金屬種類
一.「光電效應」的現象
2：光強度愈大，每秒打出的電子數目就愈多
注意：還是要先要求頻率夠大，否則光強度
再大都無法打出電子。
一.「光電效應」的現象
3：光的頻率愈大，打出的電子動能也愈大
注意：(1)打出的電子動能與光強度無關
(2)電子伏特(eV)為能量的單位
(1eV=1.6 ×10-19J )
二.「光電效應」的解釋
1.以「波動理論」預測實驗結果：
(1)光強度夠大，就能打出電子；就算不夠大
，經較久時間累積能量也可打出電子。
(2)光強度愈大，每秒打出的電子數目也愈多。
(3)光強度愈大，打出的電子動能也愈大。
(1)&(3)都與事實不符
二.「光電效應」的解釋
2.愛因斯坦以「光量子理論」解釋實驗結果：
(1)光為一顆顆「攜帶能量與光頻率成正比」的
粒子(光子)，一顆光子打出一顆電子。
(2)光強度愈大，代表光子數愈多。
(3) 光子攜帶
電子脫離束縛
打出的電子
的能量
所需能量
攜帶的動能
=
(與光頻率有關)
+
(與金屬種類有關)
二.「光電效應」的解釋
3.「光量子理論」補充說明：
(1)光子能量公式：E=hf
(h=6.63×10-34J．S)
(E：光子能量；f：光頻率；h：普朗克常數)
(2)一束光的能量為一顆光子能量的整數倍，
此概念來自於普朗克的量子理論。
(3)密立坎以實驗測出光頻率對電子動能的影響
，證實E=hf。
三.「光電效應」的應用
1.太陽能電池：吸收光能產生電能
(例：計算機)
2.光電管：利用偵測光電流達成自動控制
(例：自動門、電梯門防夾傷人的安全設計)
3.其他應用：數位相機的感光元件、
雷射印表機、條碼掃瞄器
練習1.以400nm波長的光照射到一金屬上，恰
好可釋放出光電子來，若以500nm波長
的光照射到同一金屬，可否釋放出光電
子來？
(1)可
(2)不可
(3)不一定
練習2.請判斷下列有關光電效應實驗的敘述，
是否正確？
(1)光電效應可以說明光的波動性
(1)對
(2)錯
練習2.請判斷下列有關光電效應實驗的敘述，
是否正確？
(2)光電流的大小與入射光強度有關
(1)對
(2)錯
練習2.請判斷下列有關光電效應實驗的敘述，
是否正確？
(3)任何頻率的入射光都可以造成光電效應
(1)對
(2)錯
練習2.請判斷下列有關光電效應實驗的敘述，
是否正確？
(4)入射光波的波長愈長造成光電流愈大
(1)對
(2)錯
練習2.請判斷下列有關光電效應實驗的敘述，
是否正確？
(5)當入射光強度增加時，光電子的能量即增加
(1)對
(2)錯
練習2.請判斷下列有關光電效應實驗的敘述，
是否正確？
(6)光電流之產生與光照射在金屬板上，
兩者間無時間之落差
(1)對
(2)錯
練習2.請判斷下列有關光電效應實驗的敘述，
是否正確？
(7)入射光頻率愈大，光電流也愈大
(1)對
(2)錯
練習2.請判斷下列有關光電效應實驗的敘述，
是否正確？
(8)光照射在金屬板上， 每秒躍出的
光電子數目與光照射的時間成正比
(1)對
(2)錯
練習2.請判斷下列有關光電效應實驗的敘述，
是否正確？
(9)光照射在金屬板上， 當頻率低於某特
定頻率 (底限頻率或低限頻率)時， 無
論光有多強， 均不會有光電子躍出
(1)對
(2)錯
練習2.請判斷下列有關光電效應實驗的敘述，
是否正確？
(10)光照射在金屬板上，當頻率高於某特
定頻率(底限頻率或低限頻率)時，即
便光強度很弱， 仍會有光電子躍出
(1)對
(2)錯
練習2.請判斷下列有關光電效應實驗的敘述，
是否正確？
(11)以同一單色光照射時，光電子的動能
與被照金屬材料的種類無關
(1)對
(2)錯
練習2.請判斷下列有關光電效應實驗的敘述，
是否正確？
(12)入射光的頻率愈大，光電子動能
會隨之增加
(1)對
(2)錯
四.物質波
1.理論提出者：德布羅意
2.想法：光具有粒子性，那麼一般粒子運動時
是否具有波動性?
3.證據：電子的雙狹縫干涉實驗
五.總結-波粒二象性
光
電子
波動性的證據：光的干涉、繞射
粒子性的證據：光電效應
粒子性的證據：運動軌跡
波動性的證據：電子的干涉、繞射
光和電子皆具有波動性和粒子性，
稱為波粒二象性。
補充：質量愈大的粒子，波動性愈不明顯。
練習3.下列有關物質波的敘述是否正確？
(1)聲波不是一種物質波
(1)對
(2)錯
練習3.下列有關物質波的敘述是否正確？
(2)物質波與光波一樣可產生干涉、繞射
(1)對
(2)錯
練習3.下列有關物質波的敘述是否正確？
(3)質量愈小的粒子波動性愈明顯
(1)對
(2)錯
練習3.下列有關物質波的敘述是否正確？
(4)不論光或粒子皆具有粒子與波動的二象性
(1)對
(2)錯
練習3.下列有關物質波的敘述是否正確？
(5)物質波以光速傳遞
(1)對
(2)錯
練習3.下列有關物質波的敘述是否正確？
(6)物質波需介質傳播
(1)對
(2)錯
練習3.下列有關物質波的敘述是否正確？
(7)物質波的波速等於物質運動的速率
(1)對
(2)錯
練習3.下列有關物質波的敘述是否正確？
(8)物質波可代表粒子在空間中出現的機率分布
(1)對
(2)錯