16-2 光电效应、爱因斯坦光量子假设_第1页
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文档简介

一、光电效应的实验规律

图16.4是光电效应实验的简要装置。图中上方为一抽成真空的玻璃窗。当一定频率的入射光透过石英玻璃窗照射到金属K的表面上时,电子立刻从K

表面逸出,逸出的电子称为光电子。若K接电源负极,A

接电源正极,则光电子在加速电势差的作用下从K

到达A,从而形成电流。光电子在电路中形成的电流称为光电流。若K

接正极,A接负极,则光电子在K、A

之间的反向电势差作用下作减速运动。当在反向电势差作用下,从K

逸出的动能最大的光电子刚好不能到达A时,电路中没有电流,这时K、A之间的反向电势差称为遏止电势差。这时遏止电势差和逸出电子的最大初动能之间的关系为eU0=mv2/2

从光电效应实验中可以归纳出如下规律:(1)要产生光电效应,入射光的频率必须大于某一频率ν0。这个频率称为截止频率(也称红限),它与金属材料有关。只要入射光的频率大于截止频率就会产生光电效应,与入射光的强度无关。如果入射光的频率小于截止频率,无论其强度有多大,都没有光电效应。

(2)只要入射光的频率大于截止频率,遏止电势差与入射光的频率就具有线性关系,而与入射光的强度无关。

(3)只要入射光的频率大于截止频率,入射光一开始照射金属表面,立刻就会有电子逸出,其时间间隔不超过10-9

s,即使用极弱的光也是这样。(4)若入射光的频率大于截止频率,则饱和光电流强度与入射光的强度成正比。用一定频率和强度的单色光照射金属K

时,随K、A

加速电势差的增大,光电流强度逐渐增大并逐渐趋于饱和。

二、光子与爱因斯坦方程

电磁场能量本身也是量子化的,即辐射能量本身也是量子化的。这些一份一份的电磁辐射就被称为光量子,简称光子。光束可以看作由光子组成的粒子流。也就是说,光束是由一群能量量子化且以光速运动的光子组成的。爱因斯坦假定,频率为ν的光束中,一个光子的能量为式中,h

为普朗克常数。对于给定频率的光束,光的强度越大,表示光子的数目越多。光电效应是电子吸收入射光子的过程,当频率为ν的单色光束照射到金属上时,光子的能量被金属内单个束缚电子所吸收,电子获得hν的能量,当入射光束的频率足够高时,这些能量中的一部分克服金属内部束缚能,剩余的部分能量则成为电子逸出金属表面后的初始动能。由能量守恒得式中,W

为电子的逸出功,mv2/2为逸出光电子的最大初动能。式(16-9)即为爱因斯坦的光电效应方程。

二、光光的波粒二象性

爱因斯坦的光子理论表明光是由光子组成的,它很好地解释了光电效应。另外它还能解释热辐射等物理现象。这些现象是光的波动理论所不能解释的,这说明光具有粒子的性质。但另一方面,对于光的干涉、衍射、偏振等现象,光子理论却无能为力,而必须用波动理论来解释,因此光也具有波动的性质。可见,光既具有波动性又具有粒子性,即光具有波粒二象性。光子在真空中以光速传播,光子的静止质量为零。由相对论的动量和能量关系式知,E=pc。由爱因斯坦的光子理论,一个光子的能量为E=hν,所以光子的动

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