自动检测技术课件版本I12光电效应.ppt

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* * 光电效应 爱因斯坦方程 一、光电效应 光电效应:可见光或紫外光射到某些金属表面上时,有电子从表面逸出的现象。 实验装置 光电流: 这些光电子在电场的作用下飞向阳极 二、光电效应实验规律 1、单位时间内从金属表面逸出的光电子数与入射光强度成正比 U 0 -Ua 从K射出的电子全部飞向阳极A,形成饱和电流。设单位 时间从K飞出N个电子,则 经典物理的解释是:电子从金属中逸出要克服阻力作功。光强越大,光振辐E0越大,受强迫的电子振动动能越大,能克服阻力逸出金属表面的电子越多。故与光强成正比 2、光电子的最大初动能随入射光的频率增大而线性增大,与入射光的强度无关 1)实验表明:当U=0时,乃至U0时,即电场阻止电子飞向 阳极,但仍有电子飞向阳极,说明光电子有初动能。当反向电压增至一定值Ua时,光电流 Ua称为遏止电压 U 0 -Ua 这说明初动能最大的电子也不能到达阳极,即 电子的最大初动能: 对同频率的不同入射光强,遏止电压是相同的,光电子的最大初动能与入射光的强度无关 2)实验还证明,遏止电 压Ua随入射光频率的增大 而线性增大。 4.0 6.0 8.0 10.0 ?(1014Hz) 0.0 1.0 2.0 Ua Cs Na Ca 从图示可看出:不同材料的图线的斜率相同,相互间仅为平移。k与金属材料种类无关,U0与金属材料种类有关 U 按光的波动说,金属在光的照射下,金属中的电子受到入射光振动的作用而作受迫振动,这样将从入射光中吸收能量,从而逸出表面,逸出时初动能应决定于光振动振幅,即取决于光强,光强越大,光电子初动能就越大,所以光电子初动能应与光强成正比。但是,实验结果表明,光电子初动能只与光的频率有关,而与光强无关。 3、频率大于红限频率才会产生光电效应 令 红限频率 入射光频率要大于U0 / k,即大于红限频率才能产生光电效应 红限波长 ?每种金属都有各自对应的红限频率。 ?红限频率对应于光电子初动能为零时的入射光频率。小于红限频率的入射光都不能产生光电流。 注意: 金属 截止频率 4.545 5.50 8.065 11.53 铯 钠 锌 铱 铂 19.29 ?经典物理理解释不了此规律 按经典波动光学理论,无论何种频率的光照射在金属上,只要入射光足够强,使电子获得足够的能量,电子就能从金属表面逸出来。这就是说,光电效应发生与光的频率无关,只要光强足够大,则就能发生光电效应,不应存在红限频率。 但是,实验表明,只有在入射光的频率大于红限频率时,才能发生光电效应。 这一点也是经典物理不能解释的。 按经典物理,电子从光波场中吸取能量要有一定的时间积累,光强愈小,积累的时间越长。对钾金属而言,用相距3m远的一瓦的光源,经计算,要 76分钟才有光电子逸出 4、光照后,光电子可立即从金属中逸出 三、光子假设、爱因斯坦光电效应方程 1、光子假说(光具有粒子性 ) 光是一束以C运动着的粒子流,每一个光子 所带能量?=h?,不同的频率?的光子具有不同 的能量。 3)光的能流密度: :单位时间内通过垂直于传播方向单位面积的光子数。 1)光是运动着的粒子流→光子 2)每个光子的能量为 2、光子假设对光电效应实验的解释 依假设:一能流密度为S的光量子(光子)组成的单色光,单位时间通过垂直于光传播方向的单位面积的光子数为n,则: 1)解释光电子数与光强成正比 显然,光强越大(S大),单位时间入射到金属表面的光子数n越大,获得光子的电子数也越多即光电子数与光强成正比。 2)解释光电子的初动能与入射频率有关,而与入 射光光强无关 当光照射到金属内部的电子,它一次吸收了一个能量为h?的光子,在上升到表面时将失去一部分能量W’,依能量守恒定律: 若电子刚好在金属表面,则W’有极小值W,电子 可获得最大动能 爱因斯坦光 电效应方程 h? - - 金 属 束缚 电子 - - - W’ W:逸出功,即电子逸出物体表面所需的最小能量 金属中的电子吸收一个光子的能量→光电子的初动能+逸出功 爱因斯坦光电效应方程 与前面的实验规律比较 红限频率 3)解释光电效应的瞬时性 电子一吸收一个光子,勿需 能量的积累过程。 爱因斯坦理论圆满地解释了 光电效应。1921年因此获诺贝 尔奖 1916年密立根(Milikan)对 光电效应进行了精密测量也 由此获诺贝尔奖(另一原因 是他用油滴法精确地测定了 电子电量) h? - - 金 属 束缚 电子 - - - W 3、光子的能量、动量、质量(粒子性特征) 能量: 质量: 动量: 四、对光的波粒二象性的理解 1、同时具有,都是光的本性; 2、? 不同时显现; 五 光电效应在近代技术中的应用 应用

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