18-2光电效应爱因斯坦的光子理论光电效应当波长较短的可见光或

1、l光电效应的实验规律a¥ i io光电效应实验装置-§*一2光电嗷疸*13斯担的理论*光电效应当波长较短的 可见光或紫外光照射到 某些金属衰面上时,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。(1)饱和电流 实验表明：在一定强度的单色光照 射下,光电流随加速电势差的增加而增大，但当加速电势差增加到一定量值时，光电流达饱和值 人，如果增加光的强度,相应的人也增大。结论1:单位时间内，受光照的金属板释放出来的电子数和入射光的强度光强较强成正比。為效应緘性曲线(2) 遏止电势差 如果使负的电势

2、差足够大，从 而使由金属板表面释放出的具有最大速度的电子 也不能到达阳极时，光电流便降为零，此外加电 势差的绝对值乞叫遏止电势差。-mv2实验表明：遏止电势差与光强度无关。结论2:光电子从金属表面逸出时具有一定的动能，最大初动能与入射光的强度无关。(3) 遏止频率(又称红限)实验表明：遏止电 势差u和入射光的频率之间具有线性关系。ahzk为不随金属性质不同而改变的普适恒量-mv2=ekv euq即最大初动能随入射光的频率线性地增加，要使光所照射的金属释放电子，入射光的频率必须满足:v>%称为光电效应的红限（遏止频 率）结论3:光电子从金属表面逸出时的最大初动能与入射光的频率成线性关系。当

3、入射光的频 率小于岭时，不管照射光的强度多大，不会产 生光电效应o(4) 弛豫时间 实验表明，从入射光开始照射直到金属释放出电子，段时间很短，不超过109s。无论光的强度如何，这2. 光的波动说的缺陷按照光的波动说,光电子的初动能应决定于入 射光的光强，即决定于光的振幅而不决定于 光的频率。无法解释红限的存在。无法解释光电效应的产生几乎无须时间的积累。3. 爱因斯坦的光子理论爱因斯坦从普朗克的能量子假设中得到启发他 假定光在空间传播时，也具有粒子性，想象一束光是一 束以 运动的粒子流，这些粒子称为光量子，现在称为 光子，每一光子的能量为 £ =碗的能流密度决定 于单位时间内通过该单位

4、面积的光子数。根据光子理论，光电效应可解释如下：当金属 中一个自由电子从入射光中吸收一个光子后，就获 得能量hv，如果hv大于电子从金属表面逸出 时所需的逸出功a，这个电子就从金属中逸出。爱因斯坦光电效应方程v = -mv爱因斯坦爱因斯坦对光电效应的解释:光强大，光子数多，释放的光电子也多,所以光电流也大。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。:从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系。:从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到红限频率.由于爱因斯坦提出的光子彳艮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。4. 光的波-粒二象性光不仅具

5、有波动性,还具有粒子性。这种双重性称为波-粒二象性。波动性和粒子性之间的联系如下:£he"2c叫p分别为光子的质量和动量。例18-3波长j =4.0x10-7m的单色光照射到金属链上，求锚所释放的光电子最大初速度。解：铠原子红限频率yo=4.8xlo14hz,据爱因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能:=h v - a利用关系v = c/a a = h vq代入已知数据= 6.50 x 10 5 m/sm5. 光电效应的应用阳极a玻璃泡阴扱k光电管光电倍增管例题18-4设有一功率p二1w的点光源,d二3m处有一钾薄片. 假定钾薄片中的电子可以在半径r=0 5x10-10m的圆

6、面积范 围内收集能量，已知钾的逸出功为a=l. 8ev, (1)按照经典电 磁理论，计算电子从照射到逸出需要多长时间；(2)如果光 源发出波长为2 = 5893加 的单色光，根据光子理论， 求每单位时间打到钾片单位面积上有多少光子.解： 按照经典电磁理论,照射到离光源d处的圆面积内 的功率是4(3m)2假定这些能量全部被电子所吸收，那么可以计算出光开始 照射到电子逸出表面所需的时间为：p = y f =於(0.5灯0一：刚2 x 1w = 7 x 10也 w 4如_u 4000st l8xl 6x1。° 丿_ p _7x1023 w(2)按照光子理论，波长为589.3nm的每一个光子的能量为£ = hv =he 663xl(f%"sx3xl08st 久589.3x109 加=34x10t" 2.1w每单位时间打在距光源3m的钾片单位面积上的能量为"冷二检"亦1°5/働7)= 5.5xlo_1%v/(m2-5)n = l = 55灯0一1帳卩加一2广1 iy 2.1ev(2)按照光子理论，波长为589.3nm的每一个光子的能量为£ = hv =he 663xl(f%"sx3xl0