大学物理光电效应(1)
29页1、当光线照射在金属表面时,金属中有电子逸出的现象,称为光电效应。逸出的电子称为光电子。,15-2 光电效应 爱因斯坦的光量子理论,一、光电效应,石英窗,光线经石英窗照在阴极上,便有电子逸出-光电子。,光电子在电场作用下 形成光电流。,1. 光电效应实验,二、光电效应的实验,将换向开关反接,电场反向,则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。,当 K、A 间加反向电压,光电子克服电场力作功,当电压达到某一值 Ue时,光电流恰为0。 Ue称遏止电压。,遏止电压Ue,IH,光强较强,光强较弱,IH,2.光电效应的实验结果,遏 止 电 压,饱 和 电 流,(1)光电流与光强的关系,饱和光电流强度与入射光强度成正比。,(2)存在截止频率c -极限(红限)频率,对于每种金属材料,都相应的有一确定的截止频率c,当入射光频率 c 时,电子才能逸出金属表面,当入射光频率 c时,无论光强多大也无电子逸出金属表面。,从光开始照射到光电逸出所需时间10-9s。,(3)光电效应是瞬时的,三、经典理论无法解释光电效应的实验结果。,按照经典波动理论,入射光的光强越大,光波的电场强度的振幅也越大,作用在金属中电子上的力也
2、就越大,光电子逸出的能量也应该越大。也就是说,光电子的能量应该随着光强度的增加而增大,不应该与入射光的频率有关,更不应该有什么截止频率。,光电效应实验表明:饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关,光电子初动能也与频率有关。只要频率高于极限频率,即使光强很弱也有光电流;频率低于极限频率时,无论光强再大也没有光电流。,光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上,吸收能量要时间,即需能量的积累过程。,为了解释光电效应,爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论,提出了光量子假设。,频率为 的光是由大量能量为 =h 光子组成的粒子流,这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。 光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现,而且在空间传播时也是如此.,四.爱因斯坦的光量子假设,在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量,一部分消耗在电子逸出功 A,另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek 。由能量守恒可得出:,1.爱因斯坦光电效应方程,A:为电子逸出金属表面所需做的功,称为逸出功;,为光电子的最大初动能。,当 A/h时,不发生光电效应。,红限频率,光强I 光子数N 打出光电子多光电流大,h A时才能产
3、生光电效应。,光子打出光电子是瞬时发生的。,爱因斯坦方程,光量子假设解释了光电效应的全部实验规律!,例题,波长为 4000 的单色光照射在逸出功为 2.0 的金属材料上,求:光电子的初动能,截止电压,红限频率,截止电压,红限频率,2.光的波粒二象性,光子,相对论能量和动量关系,(2)粒子性: (光电效应等),(1)波动性: 光的干涉和衍射,光子质量 m=h/c2,由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。,3.光电效应理论的验证,美国物理学家密立根,花了十年时间做了“光电效应”实验,结果在1915年证实了爱因斯坦方程,h 的值与理论值完全一致,又一次证明了“光量子”理论的正确。,爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖,。,密立根由于研究基本电荷和光电效应,特别是通过著名的油滴实验,证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖,。,康普顿(1891-1962) (Arthur Holly Compton) 美国著名的物理学家、“康普顿效应”的发现者。1920年起任圣路易斯华盛顿大学物理系主任,19
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