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文档简介
1、光电效应 光子,第一、二节,用弧光灯照射擦得很亮的锌板,(注意用导线与不带电的验电器相连),使验电 器张角增大到约为 30度时,再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板,则验电器的指针张角会变大。,一、光电效应现象,表明锌板在射线照射下失去电子而带正电,1.什么是光电效应,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。,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。,2.光电效应的实验规律,1. 光电效应实验,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
2、,当电压达到某一值 Uc 时,光电流恰为0。 Uc称遏止电压。,遏止电压,I,Uc,O,U,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,I,I,s,U,a,O,U,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,2. 光电效应实验规律,.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。,.截止频率c -极限频率,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
3、面。,光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间10-9s。,经典理论无法解释光电效应的实验结果。,经典认为,按照经典电磁理论,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
4、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。,3.爱因斯坦的光量子假设,1.内容,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。也就是说,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。,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:,2.爱因斯坦光电效应方程,3. 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 4.从光电效应方程中,当初动能为零时, 可得极极限频率:,爱因斯坦对光电效应的解释: 1
5、. 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,所以不需时间的累积。,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。,爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应,但当时并未被物理学家们广泛承认,因为它完全违背了光的波动理论。,4.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,。,可以用于自动控制,自动计数、自动报警、自动跟踪等。,4.光电效应在近代技术中的应用,1.光控继电
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