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应 用 光电管 * 光电效应 光子 第二节(2课时) 第1课时 问题1：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？ 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 定义： 在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。 发射出来的电子叫做光电子 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。 一、光电效应 阳极 阴极 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 阳极 阴极 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，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 阳极 阴极 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 阳极 阴极 阳极 阴极 石英窗 2. 光电效应实验规律 ①.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。 ②.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面。 ③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 为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功；　　 　　　　 为光电子的最大初动能。 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. 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 。 放大器 控制机构 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.光控继电器 可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105~108 倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。 2.光电倍增管 光 电源 电