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1、13-2 光电效应光电效应 爱恩斯坦的光子理论爱恩斯坦的光子理论 一、光电效应的实验规律一、光电效应的实验规律 光电效应 当波长较短的可见光或紫外光照射 到某些金属表面上时,金属中的电子就会从光中吸 取能量而从金属表面逸出的现象。 金属板释放的电子 称为光电子,光电子 在电场作用下在回 路中形成光电流。 V A 阴极阳极 一、光电效应的实验规律 光电效应实验装置 一、光电效应的实验规律 V A 阴极阳极 OO OO OO V G AK B OO m I UaOU 光 强 较 弱 光电效应伏安特性曲线光电效应实验装置 遏 止 电 压 一、光电效应的实验规律 OO OO OO V G AK B O
2、O m I I s UaOU 光 强 较 弱 光电效应伏安特性曲线光电效应实验装置 遏 止 电 压 饱 和 电 流 一、光电效应的实验规律 OO OO OO V G AK B OO m I I s UaOU 光 强 较 强 光 强 较 弱 光电效应伏安特性曲线光电效应实验装置 遏 止 电 压 饱 和 电 流 一、光电效应的实验规律 1. 1. 光电流与入射光光强的关系光电流与入射光光强的关系 1. 1. 光电流与入射光光强的关系光电流与入射光光强的关系 实验指出：在入射光频率不变时，饱和 光电流和入射光光强成正比。 1. 1. 光电流与入射光光强的关系光电流与入射光光强的关系 实验指出：在入射
3、光频率不变时，饱和 光电流和入射光光强成正比。 结论：单位时间内电极上逸出的光电子数和单位时间内电极上逸出的光电子数和 入射光光强成正比入射光光强成正比 . . a a 当反向电压加至时光电流为零，称U 为遏止电压。 U 1. 1. 光电流与入射光光强的关系光电流与入射光光强的关系 实验指出：在入射光频率不变时，饱和 光电流和入射光光强成正比。 结论：单位时间内电极上逸出的光电子数和单位时间内电极上逸出的光电子数和 入射光光强成正比入射光光强成正比 . . a a 当反向电压加至时光电流为零，称U 2 . 光电子初动能和入射光频率的关系 为遏止电压。 U 1. 1. 光电流与入射光光强的关系光
4、电流与入射光光强的关系 实验指出：在入射光频率不变时，饱和 光电流和入射光光强成正比。 结论：单位时间内电极上逸出的光电子数和单位时间内电极上逸出的光电子数和 入射光光强成正比入射光光强成正比 . . a a 当反向电压加至时光电流为零，称U 2 . 光电子初动能和入射光频率的关系 遏止电压的存在说明光电子具有初动能， 为遏止电压。 U 1. 1. 光电流与入射光光强的关系光电流与入射光光强的关系 实验指出：在入射光频率不变时，饱和 光电流和入射光光强成正比。 结论：单位时间内电极上逸出的光电子数和单位时间内电极上逸出的光电子数和 入射光光强成正比入射光光强成正比 . . a当反向电压加至时光
5、电流为零，称 U 2 . 光电子初动能和入射光频率的关系 遏止电压的存在说明光电子具有初动能， 且： 为遏止电压。 a U 1 2 mU a = (1) . ev 2 1. 1. 光电流与入射光光强的关系光电流与入射光光强的关系 实验指出：在入射光频率不变时，饱和 光电流和入射光光强成正比。 结论：单位时间内电极上逸出的光电子数和单位时间内电极上逸出的光电子数和 入射光光强成正比入射光光强成正比 . . 实验指出遏止电压和入射光频率有线性 关系，即： 实验指出遏止电压和入射光频率有线性 关系，即： n (2)U a Uok = . 实验指出遏止电压和入射光频率有线性 关系，即： n (2)U
6、a Uok = . 和金属有关的恒量 Uo 实验指出遏止电压和入射光频率有线性 关系，即： n (2)U a Uok = . 和金属无关的普适恒量 和金属有关的恒量 k Uo n (2)U a Uok = . 1 2 mU a = (1) . ev 2 o U a o 遏止电压与 入射光频率的 实验曲线 n (2)U a Uok = . 1 2 mU a = (1) . ev 2 o U a o 遏止电压与 入射光频率的 实验曲线 由式（1），（2）得： 1 2 2 0 mvkeU=-ne n (2)U a Uok = . 1 2 mU a = (1) . ev 2 o U a o 遏止电压与
7、 入射光频率的 实验曲线 由式（1），（2）得： 1 2 2 mvkeU=-ne n (2)U a Uok = . 1 2 mU a = (1) . ev 2 结论：光电子初动能和入射光频率成正比， 与入射光光强无关。 0 3. 3. 对于给定的金属，当照射光频率小于某对于给定的金属，当照射光频率小于某 0 0 强都不会产生光电效应。强都不会产生光电效应。 （称为红限）时，无论照射光多（称为红限）时，无论照射光多一数值一数值 n n 因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件 是： 3. 3. 对于给定的金属，当照射光频率小于某对于给定的金属，当照射光频率小于某 0 0 强都不会产生光电效应。强
8、都不会产生光电效应。 （称为红限）时，无论照射光多（称为红限）时，无论照射光多一数值一数值 n n 因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件 是： 0U K 3. 3. 对于给定的金属，当照射光频率小于某对于给定的金属，当照射光频率小于某 0 0 强都不会产生光电效应。强都不会产生光电效应。 （称为红限）时，无论照射光多（称为红限）时，无论照射光多一数值一数值 n n 因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件 是： 0U K = 0U K 0 称为红限 3. 3. 对于给定的金属，当照射光频率小于某对于给定的金属，当照射光频率小于某 0 0 强都不会产生光电效应。强都不会产生光电效应。 （称为
9、红限）时，无论照射光多（称为红限）时，无论照射光多一数值一数值 n n 因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件 是： 0U K = 0U K 0 称为红限 4 . 4 . 光电效应瞬时响应性质光电效应瞬时响应性质 3. 3. 对于给定的金属，当照射光频率小于某对于给定的金属，当照射光频率小于某 0 0 强都不会产生光电效应。强都不会产生光电效应。 （称为红限）时，无论照射光多（称为红限）时，无论照射光多一数值一数值 n n 因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件 是： 0U K = 0U K 0 称为红限 的时间。10 - 9 s 4 . 4 . 光电效应瞬时响应性质光电效应瞬时响应性质
10、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 3. 3. 对于给定的金属，当照射光频率小于某对于给定的金属，当照射光频率小于某 0 0 强都不会产生光电效应。强都不会产生光电效应。 （称为红限）时，无论照射光多（称为红限）时，无论照射光多一数值一数值 n n 3. 3. 对于给定的金属，当照射光频率小于某对于给定的金属，当照射光频率小于某 因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件 是： 0U K = 0U K 0 称为红限 0 0 4 . 4 . 光电效应瞬时响应性质光电效应瞬时响应性质 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 结论：光电效应的产生几乎无需时间的累
11、积 强都不会产生光电效应。强都不会产生光电效应。 （称为红限）时，无论照射光多（称为红限）时，无论照射光多一数值一数值 n n 的时间。10 - 9 s 几种金属的红限及逸出功 钯 Pd 金 Au 汞 Hg 钛 Ti 铯 Cs 12.1 11.6 10.9 9.9 2480 2580 2750 3030 65201.9 4.1 4.5 4.8 5.0 金 属红 限逸 出 功 (Hz)(A) c 0 4.8 = 0 （eV) + 10 14 0 经典电磁波理论的缺陷 1. 按经典理论光电子的初动能应决定 于入射光的光强，而不决定于光的频率。 经典电磁波理论的缺陷 1. 按经典理论光电子的初动能应
12、决定 于入射光的光强，而不决定于光的频率。 2. 无法解释红限的存在。 经典电磁波理论的缺陷 1. 按经典理论光电子的初动能应决定 于入射光的光强，而不决定于光的频率。 2. 无法解释红限的存在。 3. 无法解释光电效应的产生几乎无须 时间的积累。 经典电磁波理论的缺陷 电子的动能，即： 二、爱因斯坦方程 光子 爱因斯坦光子假说：一束光是以光速C 运 动的粒子（称为光子）流，光子的能量为： = h n他认为金属中的自由电子吸收一个 光子能量 hn以后，一部分用于电子从金属 表面逸出所需的逸出功A ，一部分转化为光 爱因斯坦 光电效应方程2 1 h Amv = + 2 3. 从方程可以看出光电子
13、初动能和照射 光的频率成线性关系 4.从光电效应方程中，当初动能为零时， 可得到红限频率： 爱因斯坦对光电效应的解释： 1. 光强大，光子数多，释放的光电子也 多，所以光电流也大。 2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属 表面逸出，所以无须时间的累积。 A n h 0= 光子的能量、质量和动量光子的能量、质量和动量 因为： 由于光子速度恒为C，所以光子的“静 止质量”为零. 光子的动量： 光子质量: m m c 2 2 0 v 1 = c 2 m = h = c 2 c m = h c = h 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. 光电倍增管 放大器 接控
14、件机构 光 光控继电器示意图 例题1 波长l =4.010-7m的单色光照射到金属 铯上，求铯所释放的光电子最大初速度。 利用关系 代入已知数据 解：铯原子红限频率 =4.81014 Hz，据爱 因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能： 例2：当 1= 5893 A 光照射某一光电池时， 为了遏止所有电子到达阳极，需要 0.30 V的 负电势。如果用 2 = 4000 A 光照射该光电 池时，求遏止电压 Ua 2 O O 例2：当 1= 5893 A 光照射某一光电池时， 为了遏止所有电子到达阳极，需要 0.30 V的 负电势。如果用 2 = 4000 A 光照射该光电 池时，求遏止电压 Ua 2 解：因为 |Ua | = hc ( 1/ - 1/ o ) / e ， O O 例2：当 1= 5893 A 光照射某一光电池时， 为了遏止所有电子到达阳极，需要 0.30 V的 负电势。如果用 2 = 4000 A 光照射该光电 池时，求遏止电压 Ua 2 解：因为 |Ua | = hc ( 1/ - 1/ o ) / e ， 所以 |Ua 2 | - |Ua1 | = hc ( 1/ 2 - 1/ 1 ) / e O O 例2：当 1= 5893 A 光照射某一光电池时， 为了遏止所有电子到达阳极，需要 0.30 V的 负电势。
