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-光电效应第1页，本讲稿共17页结论结论1 1：单位时间单位时间内内,受光照的金属受光照的金属板释放出来的电子板释放出来的电子数和入射光的强度数和入射光的强度成正比。成正比。(1)1)1)1)饱和电流饱和电流饱和电流饱和电流 实验表明：实验表明：在一定强度的单色光照在一定强度的单色光照射下射下,光电流随加速电势差的增加而增大光电流随加速电势差的增加而增大,但当加速但当加速电势差增加到一定量值时电势差增加到一定量值时,光电流达饱和值光电流达饱和值 ，如，如果增加光的强度，果增加光的强度，相应的相应的 也增大。也增大。光强较弱光强较弱光强较强光强较强光电效应的伏安特性曲线光电效应的伏安特性曲线第2页，本讲稿共17页（2 2 2 2）遏止电势差）遏止电势差）遏止电势差）遏止电势差 如果使负的电势差足够大，从如果使负的电势差足够大，从 而而使使由由金金属属板板表表面面释释放放出出的的具具有有最最大大速速度度的的电电子子也也不不能能到到达达阳阳极极时时，光光电电流流便便降降为为零零，此此外外加加电电势差的绝对值势差的绝对值 叫遏止电势差。叫遏止电势差。实验表明实验表明：遏止电势差与光强度无关。：遏止电势差与光强度无关。结论结论2 2：光电子从金属表面逸出时具有一定的动能，最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。大初动能与入射光的强度无关。第3页，本讲稿共17页（3 3 3 3）遏止频率（又称红限）遏止频率（又称红限）遏止频率（又称红限）遏止频率（又称红限）实验表明：遏止电实验表明：遏止电 势差势差 和入射光的频率之间具有线性关系。和入射光的频率之间具有线性关系。遏止电势差与频率的关系遏止电势差与频率的关系第4页，本讲稿共17页 为不随金属性质不同而改变的普适恒量为不随金属性质不同而改变的普适恒量 即最大初动能随入射光的频率线性地增加，要使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：光所照射的金属释放电子，入射光的频率必须满足：称为称为光电效应光电效应光电效应光电效应的红限（遏止频率）的红限（遏止频率）的红限（遏止频率）的红限（遏止频率）结论结论3 3：光电子从金属表面逸出时的最大初动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。当入射光的频能与入射光的频率成线性关系。当入射光的频率小于率小于 时，不管照射光的强度多大，不会时，不管照射光的强度多大，不会产生光电效应。产生光电效应。第5页，本讲稿共17页（4 4 4 4）弛豫时间）弛豫时间）弛豫时间）弛豫时间 实验表明，从入射光开始照射实验表明，从入射光开始照射直到金属释放出电子，无论光的强度如何，这段直到金属释放出电子，无论光的强度如何，这段时间很短，不超过时间很短，不超过 。思考思考思考思考 用频率为用频率为用频率为用频率为1 1 1 1的单色光照射某种金属时，测得饱和电流为的单色光照射某种金属时，测得饱和电流为的单色光照射某种金属时，测得饱和电流为的单色光照射某种金属时，测得饱和电流为I I I I1 1 1 1，以频率为，以频率为，以频率为，以频率为2 2 2 2的单色光照射该金属时，测得饱和电流为的单色光照射该金属时，测得饱和电流为的单色光照射该金属时，测得饱和电流为的单色光照射该金属时，测得饱和电流为I I I I2 2 2 2，若，若，若，若I I I I1 1 1 111112 2 2 2，则，则，则，则第6页，本讲稿共17页q 按照光的波动说按照光的波动说,光电子的初动能应决定于入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射光的光强，即决定于光的振幅而不决定于 光的频率。光的频率。2.2.2.2.光的波动说的缺陷光的波动说的缺陷光的波动说的缺陷光的波动说的缺陷q 无法解释红限的存在。无法解释红限的存在。q 无法解释光电效应的产生几乎无须时间的积累。无法解释光电效应的产生几乎无须时间的积累。第7页，本讲稿共17页3.3.3.3.爱因斯坦的光子理论爱因斯坦的光子理论爱因斯坦的光子理论爱因斯坦的光子理论 爱爱因因斯斯坦坦从从普普朗朗克克的的能能量量子子假假设设中中得得到到启启发发,他他假假定定光光在在空空间间传传播播时时,也也具具有有粒粒子子性性,想想象象一一束束光光是是一一束束以以 运运动动的的粒粒子子流流,这这些些粒粒子子称称为为光光量量子子,现现在在称称为为光光子子,每每一一光光子子的的能能量量为为 ,光光的的能能流流密密度度决决定定于于单单位位时时间间内内通通过该单位面积的光子数。过该单位面积的光子数。根根据据光光子子理理论论,光光电电效效应应可可解解释释如如下下:当当金金属属中中一一个个自自由由电电子子从从入入射射光光中中吸吸收收一一个个光光子子后后,就就获获得得能能量量 ,如如果果 大大于于电电子子从从金金属属表表面面逸逸出出时时所所需需的的逸逸出出功功 ,这个电子就从金属中逸出。这个电子就从金属中逸出。第8页，本讲稿共17页爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦对光电效应的解释：爱因斯坦对光电效应的解释：v光强大，光子数多，释放的光电子也多，光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。所以光电流也大。v 电子只要吸收一个光子就可以从金属表面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。逸出，所以无须时间的累积。爱因斯坦爱因斯坦第9页，本讲稿共17页 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光光电效应电效应的实验规律的实验规律,荣获荣获19211921年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。v 从光电效应方程中，当初动能为零时，可从光电效应方程中，当初动能为零时，可 得到红限频率得到红限频率.v 从方程可以看出光电子初动能和照射光的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。频率成线性关系。第10页，本讲稿共17页即第11页，本讲稿共17页4.4.4.4.光的波光的波光的波光的波-粒二象性粒二象性粒二象性粒二象性 光不仅具有波动性，还具有粒子性。这种双重性称为光不仅具有波动性，还具有粒子性。这种双重性称为波波-粒二象性。粒二象性。2 2、光子的质量、光子的质量、光子的质量、光子的质量3 3、光子的动量、光子的动量、光子的动量、光子的动量1 1、光子的能量、光子的能量、光子的能量、光子的能量密立根密立根1916年的实验，证实了光子论的正确性，并求得年的实验，证实了光子论的正确性，并求得h=6.57 10-34 焦耳焦耳秒。光的波动性（秒。光的波动性（）和粒子性（和粒子性（p）是通过普朗克常数联系在一起的。是通过普朗克常数联系在一起的。第12页，本讲稿共17页思考：思考：思考：思考：1 1 1 1、已知一单色光照射到一金属表面产生了光电效应，若此金属、已知一单色光照射到一金属表面产生了光电效应，若此金属、已知一单色光照射到一金属表面产生了光电效应，若此金属、已知一单色光照射到一金属表面产生了光电效应，若此金属的逸出电势是的逸出电势是的逸出电势是的逸出电势是U U U U0 0 0 0(使电子从金属逸出需作功使电子从金属逸出需作功使电子从金属逸出需作功使电子从金属逸出需作功eUeUeUeU0 0 0 0)，则此单色光的，则此单色光的，则此单色光的，则此单色光的波长波长波长波长必须满足必须满足必须满足必须满足2 2 2 2、用单色光照射某一金属产生光电效应，如果入射光的、用单色光照射某一金属产生光电效应，如果入射光的、用单色光照射某一金属产生光电效应，如果入射光的、用单色光照射某一金属产生光电效应，如果入射光的波长从波长从波长从波长从1 1 1 1减到减到减到减到2 2 2 2，遏止电压改变多少？数值加大还是减小？遏止电压改变多少？数值加大还是减小？遏止电压改变多少？数值加大还是减小？遏止电压改变多少？数值加大还是减小？第13页，本讲稿共17页例例18-3 18-3 波长波长l l=4.010=4.010-7-7m m的单色光照射到金属铯的单色光照射到金属铯 上，求铯所释放的光电子最大初速度。上，求铯所释放的光电子最大初速度。利用关系利用关系代入已知数据代入已知数据解：解：铯原子红限频率铯原子红限频率 =4.810 =4.81014 14 HzHz，据爱，据爱因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能：因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能：第14页，本讲稿共17页光电管光电管5.5.5.5.光电效应的应用光电效应的应用光电效应的应用光电效应的应用光电倍增管光电倍增管第15页，本讲稿共17页解：解：(1)(1)按照经典电磁理论按照经典电磁理论,照射到离光源照射到离光源d d处的圆面积内处的圆面积内 的功率是的功率是例题例题 18-4 18-4 设有一功率设有一功率P=1WP=1W的点光源的点光源,d=3m,d=3m处有一钾薄片处有一钾薄片.假定钾薄片中的电子可以在半径假定钾薄片中的电子可以在半径r=0.510r=0.510-10-10m m的圆面积范的圆面积范围内收集能量围内收集能量,已知钾的逸出功为已知钾的逸出功为a=1.8eV,(1)a=1.8eV,(1)按照经典电按照经典电磁理论磁理论,计算电子从照射到逸出需要多长时间计算电子从照射到逸出需要多长时间;(2);(2)如果光如果光源发出波长为源发出波长为 的单色光的单色光,根据光子理论根据光子理论,求每单位时间打到钾片单位面积上有多少光子求每单位时间打到钾片单位面积上有多少光子.假定这些能量全部被电子所吸收假定这些能量全部被电子所吸收,那么可以计算出光开始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：照射到电子逸出表面所需的时间为：第16页，本讲稿共17页每单位时间打在距光源每单位时间打在距光源3m的钾片单位面积上的能量为的钾片单位面积上的能量为 (2)按照光子理论按照光子理论,第17页，本讲稿共17页
