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1、1,15.2 光电效应 爱因斯坦光量子理论,一、光电效应的实验规律,金属及其化合物在光照射下发射电子的现象称为光电效应。逸出的电子为光电子，所测电流为光电流。,光电效应现象是德国物理学家赫兹于1887年研究电磁波的性质时偶然发现的。,当时赫兹只是注意到用紫外线照射在放电电极上时，放电比较容易发生，却不知道这一现象产生的原因。,2,爱因斯坦(Einstein),1.实验原理,T 为真空管，K 为发射电子的阴极，A 为阳极，用一定频率和强度的单色光照射K时,金属将释放出光电子，若在两极 上加一定的电压 U,则回路中就出现光电流。,3,伏安曲线,2.实验规律,（1）光电流 阴极 K 在单位时间内发射
2、的光电子数与入射光的强度 I 成正比。,光电流I 随UAK增大而增大，趋于饱和值 is，光电流与单位时间从阴极发射的光电子数成正比。,4,（2）截止频率 对一定金属，只有入射光的频率大于某一频率0时,电子才能从该金属表面逸出，这个频率叫（红限）。,如果入射光的频率小于截止频率则无论入射光强度多大，都没有光电子逸出。,5,几种金属的逸出功和红线,不同物质的红线不同，多数金属的红线在紫外区。,6,（3）遏制电压 当UAK=0时，I0。因为从阴极发出的光电子具有一定的初动能，它可以克服减速电场而到达阳极。当 UAK 0 并达到一定值时,I=0,此时电压称为遏制电压Ua。表明在此电压下，逸出金属后具有
3、最大动能的光电子也不能到达阳极。此时有,7,（4）瞬时性 光电效应具有瞬时性，响应速度很快，延迟时间不超过10-9秒。,遏制电压与照射光的频率成线性关系。,8,1.经典理论认为光强越大，饱和电流应该大，光电子的初动能也该大。但实验上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。,2.经典理论认为有无光电效应不应与频率有关。但实验上光电流与红限有关。,二、经典物理解释的困难,3.在瞬时性上，经典理论认为光能量分布在波面上，吸收能量需要时间，即光电子逸出金属表面所需能量应有一段时间的积累过程。,9,三、爱因斯坦光子假说和光电效应方程,一束光是一束以光速运动的粒子流，这些粒子称为光
4、子；频率为v 的每一个光子所具有的能量为 hv,它不能再分割，只能整个地被吸收或产生出来。,1.光子假说,爱因斯坦在普朗克能量子假设的基础上进一步提出了光子假设。,光子：,10,2.光电效应方程,按照光子假说,并根据能量守恒定律,当金属中一个电子从入射光中吸收一个光子后，获得能量 hv，如果hv 大于该金属的电子逸出功A，这个电子就能从金属中逸出，并且有,爱因斯坦光电效应方程,式中 是光电子的最大初动能。,11,3.爱因斯坦对光电效应的实验解释,（1）入射光的强度 I 取决于单位时间内垂直通过单位面积的光子数 n。,入射光较强时，含有的光子数较多，所以获得能量而逸出的电子数也多，饱和电流自然也
5、就大。,（2）当 时,电子无法获得足够能量脱离金属表面，因此存在红限。,12,（3）根据,遏止电压与入射光的频率成正比，比例系数与材料的性质无关。,得,（4）入射光中光子的能量被金属表面的电子一次吸收，因此具有瞬时性。,13,1916年美国实验物理学家密立根，利用光电效应测定了普朗克常量 h，从而证实了爱因斯坦光子论的正确性。,密立根根据截止电压与入射光的频率成正比关系，得到如图所示的 Ua 直线。,对于金属钠，该直线的斜率为,14,由爱因斯坦方程,利用,两边取微分,得,爱因斯坦方程写成,通过计算可得,此值与公认值 较接近。,15,由于爱因斯坦在理论物理方面的成就和发现光电效应规律；密立根在基
6、本电荷和光电效应方面的工作，两位物理学家分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理学奖。,16,四、光（电磁辐射）的波粒二象性,光子动量,光子能量,光子质量,光具有波粒二象性。光在传播过程中，波动性比较显著，光在与物质相互作用时（发射和吸收），粒子性比较显著。,17,五、光电效应的应用,18,解,例1波长为 450 nm 的光照射到金属表面。求（1）光子的能量和动量；（2）光电子的逸出动能；（3）如果光子的能量为 2.40eV,其波长为多少？,以电子伏特为能量单位,则,（1）光子能量,19,光子的动量,（2）由爱因斯坦方程,金属钠的逸出功 A=2.28 eV,（3）如果光子能量为 2.40 eV,则,波长,20,解,例2 钾的光电效应红限为0=6.210-7m。求（1）电子的逸出功；（2）在波长为3.0 10-7m的紫外线照射下,遏止电压为多少？（3）电子的初速度为多少？,（1）逸出功,21,（2）利用,遏止电压,（3）电子的初速度,
