光电效应爱因斯坦的光子理论.pptVIP

§18-2光电效应 爱因斯坦的光子理论 光电效应 当波长较短的 可见光或紫外光照射到某些金属表面上时,金属中的电子就会从光中吸取能量而从金属表面逸出的现象。 1. 光电效应的实验规律 入射光线 O O O O O O V G A K B O O 光电效应实验装置 金属板释放的电子称为光电子,光电子在电场作用下在回路中形成光电流。 结论1：单位时间内,受光照的金属板释放出来的电子数和入射光的强度成正比。 (1)饱和电流 实验表明： 在一定强度的单色光照射下,光电流随加速电势差的增加而增大,但当加速电势差增加到一定量值时,光电流达饱和值 ，如果增加光的强度， 相应的 也增大。 光强较弱 光强较强 光电效应的伏安特性曲线 光电效应 （2）遏止电势差 如果使负的电势差足够大，从 而使由金属板表面释放出的具有最大速度的电子也不能到达阳极时，光电流便降为零，此外加电势差的绝对值 叫遏止电势差。 实验表明：遏止电势差与光强度无关。 结论2：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。 光电效应 （3）遏止频率（又称红限） 实验表明：遏止电 势差 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 光电效应 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，要使光所照射的金属释放电子，入射光的频率必须满足： 称为光电效应的红限（遏止频率） 光电效应 （4）弛豫时间 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，这段时间很短，不超过 。 结论3：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。当入射光的频率小于 时，不管照射光的强度多大，不会产生光电效应。 光电效应 按照光的波动说,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 光的频率。 2.光的波动说的缺陷 无法解释红限的存在。 无法解释光电效应的产生几乎无须时间的积累。 3.爱因斯坦的光子理论 爱因斯坦从普朗克的能量子假设中得到启发,他假定光在空间传播时,也具有粒子性,想象一束光是一束以 运动的粒子流,这些粒子称为光量子,现在称为光子,每一光子的 能量为 ,光的能流密度决定于单位时间内通过该单位面积的光子数。 根据光子理论,光电效应可解释如下:当金属中一个自由电子从入射光中吸收一个光子后,就获得能量 ,如果 大于电子从金属表面逸出时所需的逸出功 ,这个电子就从金属中逸出。 爱因斯坦光电效应方程 爱因斯坦对光电效应的解释： 光强大，光子数多，释放的光电子也多， 所以光电流也大。 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。 爱因斯坦的光子理论 爱因斯坦 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。 从光电效应方程中，当初动能为零时，可 得到红限频率. 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。 爱因斯坦的光子理论 分别为光子的质量和动量。 4.光的波-粒二象性 光不仅具有波动性，还具有粒子性。这种双重性称为波-粒二象性。 波动性和粒子性之间的联系如下： 例18-3 波长l =4.0×10-7m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。 利用关系 代入已知数据 解：铯原子红限频率 =4.8×1014 Hz，据爱 因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能： 光电效应 光电管 5.光电效应的应用 光电倍增管 解：(1) 按照经典电磁理论,照射到离光源d处的圆面积内 的功率是 例题 18-4 设有一功率P=1W的点光源,d=3m处有一钾薄片.假定钾薄片中的电子可以在半径r=0.5×10-10m的圆面积范围内收集能量,已知钾的逸出功为a=1.8eV,(1)按照经典电磁理论,计算电子从照射到逸出需要多长时间;(2)如果光源发出波长为 的单色光,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. 假定这些能量全部被电子所吸收,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： 爱因斯坦的光子理论 每单位时间打在距光源3m的钾片单位面积上的能量为 (2) 按照光子理论, 爱因斯坦的光子理论 每单位时间打在距光源3m的钾片单位面积上的能量为 (2) 按照光子理论, 爱因斯坦的光子理论 * *