大学物理第二十章分解.ppt

* * （1）光电流i与入射光强I的关系 光电流i随着电压U的升高而增强，当U达到一定值后，光电流趋于饱和值is，这时从阴极K逸出的光电子全部被阳极A所接收。增加入射光的强度I，i增大，is也增大，这表明单位时间内从阴极逸出的光电子数和入射光强成正比。 o Ua U i I1 I2 I3 光强I3I2I1 is1 is2 is3 光电效应伏安特性 20-3 光电效应 光电效应实验装置 U A A K 石英窗口 光束I i * * o Ua U i I1 I2 I3 光强I3I2I1 is1 is2 is3 光电效应伏安特性 （2）遏止电压 改变电压U，当U减小到零伏时，实验发现仍有光电流i，这表明逸出的光电子有一定的初动能，在无电场的作用下仍能运动到阳极A形成光电流。 20-3 光电效应 光电效应实验装置 U A A K 石英窗口 光束I i * * o Ua U i I1 I2 I3 光强I3I2I1 is1 is2 is3 20-3 光电效应 将U负向增加，达某一值Ua时，光电流降至零，Ua称遏止电压，这时具有最大初动能的光电子在克服电场力作功后恰好不能到达阳极A，则 从光电效应伏安特性曲线看到，Ua即光电子的初动能与入射光的强度无关。 光电效应实验装置 U A A K 石英窗口 光束I i * * 实验发现光强不变时，Ua却与入射光的频率成性线关系。如图是不同材料的Ua~?曲线。 ?1 ?2 ?3 4.0 6.0 8.0 10.0 ? (1014Hz) 0.0 1.0 2.0 Ua(V) Cs Na Ca 遏止电压与频率的关系 Ua与入射光的频率的关系为 20-3 光电效应 k是与金属材料无关的普适恒量，U0是与材料有关的恒量。电子的最大初动能与频率成正比： * * 实验还发现，当减小入射光频率?到某一值?0时，光电效应将不发生，这一产生光电效应所必须的最小频率?0称为截止频率，也叫做红限频率。 (3)截止频率 由 得 上式取等号时的频率即为红限 当入射光频率小于红限时，不管光强多大，都不会产生光电效应。 20-3 光电效应 ?1 ?2 ?3 4.0 6.0 8.0 10.0 ? (1014Hz) 0.0 1.0 2.0 Ua(V) Cs Na Ca 遏止电压与频率的关系 * * 几种金属的逸出功和红限 20-3 光电效应 eU0被称作逸出功 * * 当光照射到金属表面上后，只要频率超过截止频率，不论光强如何，即时便可产生光电效应，滞后时间不超过10-9s。 (4)光电效应与照射时间 20-3 光电效应 光电效应是即时的 * * 二、经典电磁理论的困难 20-3 光电效应 光强 E 电子受力 发射电子初动能 。 但实验发现初动能与光强无关。 当入射光频率与电子振动固有频率相等时，产生共振，这时电子从光波中吸收的能量最大，溢出金属后Ekm 最大，Ekm ~ ν非线性变化。但实验发现Ekm ~ ν 线性变化。 光波是连续传播的，金属中的电子能够连续不断地从入射光波中吸收能量。只要光波有足够的强度，任何频率的光都能使得电子溢出而产生光电效应。实验却发现有红限频率的存在。 电子需吸收足够光能量才发射，即有一积累时间。而实验发现光电效应是即时的。 * * 20-3 光电效应 阿尔伯特·爱因斯坦（1879－1955），德裔犹太人，因为对“理论物理”的贡献，特别是解释了“光电效应”而获得1921年诺贝尔物理学奖，现代物理学的开创者、奠基人，相对论——“质能关系”的创立者，他创立了代表现代物理的相对论，为核能开发奠定了理论基础，在现代科学技术和他的深刻影响下与广泛应用等方面开创了现代科学新纪元[1]，被公认为是自伽利略、牛顿以来最伟大的科学家、物理学家。 * * 三、爱因斯坦光子学说 1905年，爱因斯坦在普朗克的量子化假设基础上提出了光子假说： 20-3 光电效应 ①电磁辐射能量是由一份份能量包组成，称为光量子，简称光子； ②每个光子的能量为ε=hν； ③光强为I 的光束，单位时间通过单位面积的光子数为N=I/h?。 * * 由此可得红限和遏止电压： 20-3 光电效应 按照爱因斯坦光子假说，电子从入射光中吸收了一个能量h?的光子之后，如果h?大于电子从金属表面逸出时所需克服的逸出功（脱出功）A，则这个电子就能从金属表面逸出，根据能量守恒，有 爱因斯坦光电效应方程 ?1 ?2 ?3 4.0 6.0 8.0 10.0 ? (1014Hz) 0.0 1.0 2.0