普通物理學(xué) §13-2光電效應(yīng) 愛恩斯坦的光子理論

§13-2光電效應(yīng)愛恩斯坦的光子理論一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律光電效應(yīng)當(dāng)波長較短的可見光或紫外光照射到某些金屬表面上時,金屬中的電子就會從光中吸取能量而從金屬表面逸出的現(xiàn)象。

金屬板釋放的電子稱為光電子,光電子在電場作用下在回路中形成光電流。VA陰極陽極一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律光電效應(yīng)實驗裝置一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律VA陰極陽極OOOOOOVGAKBOOmIUaOU光強較弱光電效應(yīng)伏安特性曲線光電效應(yīng)實驗裝置遏止電壓一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律OOOOOOVGAKBOOmIIsUaOU光強較弱光電效應(yīng)伏安特性曲線光電效應(yīng)實驗裝置遏止電壓飽和電流一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律OOOOOOVGAKBOOmIIsUaOU光強較強光強較弱光電效應(yīng)伏安特性曲線光電效應(yīng)實驗裝置遏止電壓飽和電流一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律

1.光電流與入射光光強的關(guān)系

1.光電流與入射光光強的關(guān)系實驗指出：在入射光頻率不變時，飽和光電流和入射光光強成正比。

1.光電流與入射光光強的關(guān)系實驗指出：在入射光頻率不變時，飽和光電流和入射光光強成正比。結(jié)論：單位時間內(nèi)電極上逸出的光電子數(shù)和入射光光強成正比.

aa當(dāng)反向電壓加至?xí)r光電流為零，稱U為遏止電壓。U

1.光電流與入射光光強的關(guān)系實驗指出：在入射光頻率不變時，飽和光電流和入射光光強成正比。結(jié)論：單位時間內(nèi)電極上逸出的光電子數(shù)和入射光光強成正比.

aa當(dāng)反向電壓加至?xí)r光電流為零，稱U

2.光電子初動能和入射光頻率的關(guān)系

為遏止電壓。U

1.光電流與入射光光強的關(guān)系實驗指出：在入射光頻率不變時，飽和光電流和入射光光強成正比。結(jié)論：單位時間內(nèi)電極上逸出的光電子數(shù)和入射光光強成正比.

aa當(dāng)反向電壓加至?xí)r光電流為零，稱U

2.光電子初動能和入射光頻率的關(guān)系遏止電壓的存在說明光電子具有初動能，為遏止電壓。U

1.光電流與入射光光強的關(guān)系實驗指出：在入射光頻率不變時，飽和光電流和入射光光強成正比。結(jié)論：單位時間內(nèi)電極上逸出的光電子數(shù)和入射光光強成正比.

a當(dāng)反向電壓加至?xí)r光電流為零，稱U

2.光電子初動能和入射光頻率的關(guān)系遏止電壓的存在說明光電子具有初動能，且：為遏止電壓。aU12mUa=

(1)...ev2

1.光電流與入射光光強的關(guān)系實驗指出：在入射光頻率不變時，飽和光電流和入射光光強成正比。結(jié)論：單位時間內(nèi)電極上逸出的光電子數(shù)和入射光光強成正比.

實驗指出遏止電壓和入射光頻率有線性關(guān)系，即：實驗指出遏止電壓和入射光頻率有線性關(guān)系，即：n

(2)UaUok=...實驗指出遏止電壓和入射光頻率有線性關(guān)系，即：n

(2)UaUok=...和金屬有關(guān)的恒量Uo實驗指出遏止電壓和入射光頻率有線性關(guān)系，即：n

(2)UaUok=...和金屬無關(guān)的普適恒量和金屬有關(guān)的恒量kUon

(2)UaUok=...12mUa=

(1)...ev2oUaννo遏止電壓與入射光頻率的實驗曲線n

(2)UaUok=...12mUa=

(1)...ev2oUaννo遏止電壓與入射光頻率的實驗曲線由式（1），（2）得：1220mvkeU=-nen

(2)UaUok=...12mUa=

(1)...ev2oUaννo遏止電壓與入射光頻率的實驗曲線由式（1），（2）得：122mvkeU=-nen

(2)UaUok=...12mUa=

(1)...ev2結(jié)論：光電子初動能和入射光頻率成正比，與入射光光強無關(guān)。0

3.對于給定的金屬，當(dāng)照射光頻率小于某0強都不會產(chǎn)生光電效應(yīng)。（稱為紅限）時，無論照射光多一數(shù)值n因為初動能大于零，因而產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是：

3.對于給定的金屬，當(dāng)照射光頻率小于某0強都不會產(chǎn)生光電效應(yīng)。（稱為紅限）時，無論照射光多一數(shù)值n因為初動能大于零，因而產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是：0UKν

3.對于給定的金屬，當(dāng)照射光頻率小于某0強都不會產(chǎn)生光電效應(yīng)。（稱為紅限）時，無論照射光多一數(shù)值n因為初動能大于零，因而產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是：0UK=0UKν0稱為紅限ν

3.對于給定的金屬，當(dāng)照射光頻率小于某0強都不會產(chǎn)生光電效應(yīng)。（稱為紅限）時，無論照射光多一數(shù)值n因為初動能大于零，因而產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是：0UK=0UKν0稱為紅限ν

4.光電效應(yīng)瞬時響應(yīng)性質(zhì)

3.對于給定的金屬，當(dāng)照射光頻率小于某0強都不會產(chǎn)生光電效應(yīng)。（稱為紅限）時，無論照射光多一數(shù)值n因為初動能大于零，因而產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是：0UK=0UKν0稱為紅限的時間。10-9sν

4.光電效應(yīng)瞬時響應(yīng)性質(zhì)實驗發(fā)現(xiàn)，無論光強如何微弱，從光照射到光電子出現(xiàn)只需要

3.對于給定的金屬，當(dāng)照射光頻率小于某0強都不會產(chǎn)生光電效應(yīng)。（稱為紅限）時，無論照射光多一數(shù)值n

3.對于給定的金屬，當(dāng)照射光頻率小于某因為初動能大于零，因而產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是：0UK=0UKν0稱為紅限0

4.光電效應(yīng)瞬時響應(yīng)性質(zhì)實驗發(fā)現(xiàn)，無論光強如何微弱，從光照射到光電子出現(xiàn)只需要結(jié)論：光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎無需時間的累積強都不會產(chǎn)生光電效應(yīng)。（稱為紅限）時，無論照射光多一數(shù)值n的時間。10-9sν幾種金屬的紅限及逸出功鈀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)λνc04.8=ν0（eV)+10140經(jīng)典電磁波理論的缺陷

1.按經(jīng)典理論光電子的初動能應(yīng)決定于入射光的光強，而不決定于光的頻率。

經(jīng)典電磁波理論的缺陷

1.按經(jīng)典理論光電子的初動能應(yīng)決定于入射光的光強，而不決定于光的頻率。

2.無法解釋紅限的存在。

經(jīng)典電磁波理論的缺陷

1.按經(jīng)典理論光電子的初動能應(yīng)決定于入射光的光強，而不決定于光的頻率。

2.無法解釋紅限的存在。

3.無法解釋光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎無須時間的積累。經(jīng)典電磁波理論的缺陷電子的動能，即：二、愛因斯坦方程光子

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：ε=hn他認(rèn)為金屬中的自由電子吸收一個光子能量hn以后，一部分用于電子從金屬表面逸出所需的逸出功A，一部分轉(zhuǎn)化為光——愛因斯坦光電效應(yīng)方程21hAmvn=+2

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(guān)系

4.從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動能為零時，可得到紅限頻率：

愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋：

1.光強大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。

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。Anh0=光子的能量、質(zhì)量和動量因為：

由于光子速度恒為C，所以光子的“靜止質(zhì)量”為零.

光子的動量：光子質(zhì)量:mmc220v1=c2ενφm=h=c2cνφm=hc=hλ光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用光控繼電器、自動控制、自動計數(shù)、自動報警等.光電倍增管放大器接控件機構(gòu)光光控繼電器示意圖例題1

波長l=4.0×10-7m的單色光照射到金屬銫上，求銫所釋放的光電子最大初速度。利用關(guān)系代入已知數(shù)據(jù)解：銫原子紅限頻率=4.8×1014Hz，據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，光電子最大初動能：例2：當(dāng)

1=5893A光照射某一光電池時，為了遏止所有電子到達(dá)陽極，需要0.30

V的負(fù)電勢。如果用

2=4000A

光照射該光電池時，求遏止電壓Ua2

OO例2：當(dāng)

1=5893A光照射某一光電池時，為了遏止所有電子到達(dá)陽極，需要0.30

V的負(fù)電勢。如果用

2=4000A

光照射該光電池時，求遏止電壓Ua2解：因為|Ua|=hc(1/-1/

o)/e，OO例2：當(dāng)

1=5893A光照射某一光電池時，為了遏止所有電子到達(dá)陽極，需要0.30

V的負(fù)電勢。如果用

2=4000A

光照射該光電池時，求遏止電壓Ua2解：因為|Ua|=hc(1/-1/

o)/e，所以

|Ua2|-|Ua1|=hc(1/

2-1/

1)/eOO例2：當(dāng)

1=5893A光照射某一光電池時，為了遏止所有電子到達(dá)陽極，需要0.30

V的負(fù)電勢。如果用

2=4000A

光照射該光電池時，求遏止電壓Ua2解：因為|Ua|=hc(1/-1/

o)/e，所以

|Ua2|-|Ua1|=hc(1/

2-1/

1)/e故|Ua2|=|Ua1|+hc(1/

2-1/

1)/e

OO例2：當(dāng)

1=5893A光照射某一光電池時，為了遏止所有電子到達(dá)陽極，需要0.30

V的負(fù)電勢。如果用

2=4000A

光照射該光電池時，求遏止電壓Ua2解：因為|Ua|=hc(1/-1/

o)/e，所以

|Ua2|-|Ua1|=hc(1/

2-1/

1)/e故|Ua2|=|Ua1|+hc(1/

2-1/

1)/e=1.30VOO例3:光電管的陰極用逸出功A=2.2eV的金屬制成，今用一單色光照射此光電管，陰極發(fā)射出光電子，測得遏止電壓為Ua=5.0V，試求(1)光電管陰極金屬的光電效應(yīng)紅限波長

，(2)入射光波長。

例3:光電管的陰極用逸出功A=2.2eV的金屬制成，今用一單色光照射此光電管，陰極發(fā)射出光電子，測得遏止電壓為Ua=5.0V，試求(1)光電管陰極金屬的光電效應(yīng)紅限波長

，(2)入射光波長。解：(1)因為A=h

o=hc/

o，例3:光電管的陰極用逸出功A=2.2eV的金屬制成，今用一單色光照射此光電管，陰極發(fā)射出光電子，測得遏止電壓為Ua=5.0V，試求(1)光電管陰極金屬的光電效應(yīng)紅限波長

，(2)入射光波長。解：(1)因為A=h

o=hc/

o，所以

o=hc/A

例3:光電管的陰極用逸出功A=2.2eV的金屬制成，今用一單色光照射此光電管，陰極發(fā)射出光電子，測得遏止電壓為Ua=5.0V，試求(1)光電管陰極金屬的光電效應(yīng)紅限波長

，(2)入射光波長。解：(1)因為A=h

o=hc/

o，所以

o=hc/A=6.63

10-34

3

108/2.2

1.610-19

例3:光電管的陰極用逸出功A=2.2eV的金屬制成，今用一單色光照射此光電管，陰極發(fā)射出光電子，測得遏止電壓為Ua=5.0V，試求(1)光電管陰極金屬的光電效應(yīng)紅限波長

，(2)入射光波長。解：(1)因為A=h

o=hc/

o，所以

o=hc/A=6.63

10-34

3

108/2.2

1.610-19=5.65

10-7m

例3:光電管的陰極用逸出功A=2.2eV的金屬制成，今用一單色光照射此光電管，陰極發(fā)射出光電子，測得遏止電壓為Ua=5.0V，試求(1)光電管陰極金屬的光電效應(yīng)紅限波長

，(2)入射光波長。解：(1)因為A=h

o=hc/

o，所以

o=hc/A=6.63

10-34

3

108/2.2

1.610-19=5.65

10-7m

=0.565

(2)根據(jù)愛因斯坦方程

hυ=Ek，max+A

(2)根據(jù)愛因斯坦方程

hυ=Ek，max+A遏止電壓與光電子最大動能的關(guān)系

Ek,max

=eUa

(2)根據(jù)愛因斯坦方程

hυ=Ek，max+A遏止電壓與光電子最大動能的關(guān)系

Ek,max

=eUa消去Ek,max

，整理可得入射光波長λ為λ=hc