18-2光電效應(yīng)愛(ài)因斯坦的光子理論光電效應(yīng)當(dāng)波長(zhǎng)較短的可見(jiàn)光或

1、l光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律a¥ i io光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置-§*一2光電嗷疸*13斯擔(dān)的理論*光電效應(yīng)當(dāng)波長(zhǎng)較短的 可見(jiàn)光或紫外光照射到 某些金屬衰面上時(shí),金屬 中的電子就會(huì)從光中吸 取能量而從金屬表面逸 出的現(xiàn)象。金屬板釋放的電子 稱為光電子，光電子在 電場(chǎng)作用下在回路中 形成光電流。(1)飽和電流 實(shí)驗(yàn)表明：在一定強(qiáng)度的單色光照 射下,光電流隨加速電勢(shì)差的增加而增大，但當(dāng)加速電勢(shì)差增加到一定量值時(shí)，光電流達(dá)飽和值 人，如果增加光的強(qiáng)度,相應(yīng)的人也增大。結(jié)論1:單位時(shí)間內(nèi)，受光照的金屬板釋放出來(lái)的電子數(shù)和入射光的強(qiáng)度光強(qiáng)較強(qiáng)成正比。為效應(yīng)緘性曲線(2) 遏止電勢(shì)差 如果使負(fù)的電勢(shì)

2、差足夠大，從 而使由金屬板表面釋放出的具有最大速度的電子 也不能到達(dá)陽(yáng)極時(shí)，光電流便降為零，此外加電 勢(shì)差的絕對(duì)值乞叫遏止電勢(shì)差。-mv2實(shí)驗(yàn)表明：遏止電勢(shì)差與光強(qiáng)度無(wú)關(guān)。結(jié)論2:光電子從金屬表面逸出時(shí)具有一定的動(dòng)能，最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。(3) 遏止頻率(又稱紅限)實(shí)驗(yàn)表明：遏止電 勢(shì)差u和入射光的頻率之間具有線性關(guān)系。ahzk為不隨金屬性質(zhì)不同而改變的普適恒量-mv2=ekv euq即最大初動(dòng)能隨入射光的頻率線性地增加，要使光所照射的金屬釋放電子，入射光的頻率必須滿足:v>%稱為光電效應(yīng)的紅限（遏止頻 率）結(jié)論3:光電子從金屬表面逸出時(shí)的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成線性關(guān)系。當(dāng)

3、入射光的頻 率小于嶺時(shí)，不管照射光的強(qiáng)度多大，不會(huì)產(chǎn) 生光電效應(yīng)o(4) 弛豫時(shí)間 實(shí)驗(yàn)表明，從入射光開(kāi)始照射直到金屬釋放出電子，段時(shí)間很短，不超過(guò)109s。無(wú)論光的強(qiáng)度如何，這2. 光的波動(dòng)說(shuō)的缺陷按照光的波動(dòng)說(shuō),光電子的初動(dòng)能應(yīng)決定于入 射光的光強(qiáng)，即決定于光的振幅而不決定于 光的頻率。無(wú)法解釋紅限的存在。無(wú)法解釋光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎無(wú)須時(shí)間的積累。3. 愛(ài)因斯坦的光子理論愛(ài)因斯坦從普朗克的能量子假設(shè)中得到啟發(fā)他 假定光在空間傳播時(shí)，也具有粒子性，想象一束光是一 束以 運(yùn)動(dòng)的粒子流，這些粒子稱為光量子，現(xiàn)在稱為 光子，每一光子的能量為 £ =碗的能流密度決定 于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)該單位

4、面積的光子數(shù)。根據(jù)光子理論，光電效應(yīng)可解釋如下：當(dāng)金屬 中一個(gè)自由電子從入射光中吸收一個(gè)光子后，就獲 得能量hv，如果hv大于電子從金屬表面逸出 時(shí)所需的逸出功a，這個(gè)電子就從金屬中逸出。愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程v = -mv愛(ài)因斯坦愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋:光強(qiáng)大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多,所以光電流也大。電子只要吸收一個(gè)光子就可以從金屬表面 逸出，所以無(wú)須時(shí)間的累積。:從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光的頻率成線性關(guān)系。:從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動(dòng)能為零時(shí)，可得到紅限頻率.由于愛(ài)因斯坦提出的光子彳艮說(shuō)成功地說(shuō)明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾 物理學(xué)獎(jiǎng)。4. 光的波-粒二象性光不僅具

5、有波動(dòng)性,還具有粒子性。這種雙重性稱為波-粒二象性。波動(dòng)性和粒子性之間的聯(lián)系如下:£he"2c叫p分別為光子的質(zhì)量和動(dòng)量。例18-3波長(zhǎng)j =4.0x10-7m的單色光照射到金屬鏈上，求錨所釋放的光電子最大初速度。解：鎧原子紅限頻率yo=4.8xlo14hz,據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，光電子最大初動(dòng)能:=h v - a利用關(guān)系v = c/a a = h vq代入已知數(shù)據(jù)= 6.50 x 10 5 m/sm5. 光電效應(yīng)的應(yīng)用陽(yáng)極a玻璃泡陰扱k光電管光電倍增管例題18-4設(shè)有一功率p二1w的點(diǎn)光源,d二3m處有一鉀薄片. 假定鉀薄片中的電子可以在半徑r=0 5x10-10m的圓

6、面積范 圍內(nèi)收集能量，已知鉀的逸出功為a=l. 8ev, (1)按照經(jīng)典電 磁理論，計(jì)算電子從照射到逸出需要多長(zhǎng)時(shí)間；(2)如果光 源發(fā)出波長(zhǎng)為2 = 5893加 的單色光，根據(jù)光子理論， 求每單位時(shí)間打到鉀片單位面積上有多少光子.解： 按照經(jīng)典電磁理論,照射到離光源d處的圓面積內(nèi) 的功率是4(3m)2假定這些能量全部被電子所吸收，那么可以計(jì)算出光開(kāi)始 照射到電子逸出表面所需的時(shí)間為：p = y f =於(0.5燈0一：剛2 x 1w = 7 x 10也 w 4如_u 4000st l8xl 6x1。° 丿_ p _7x1023 w(2)按照光子理論，波長(zhǎng)為589.3nm的每一個(gè)光子的能量為£ = hv =he 663xl(f%"sx3xl08st 久589.3x109 加=34x10t" 2.1w每單位時(shí)間打在距光源3m的鉀片單位面積上的能量為"冷二檢"亦1°5/働7)= 5.5xlo_1%v/(m2-5)n = l = 55燈0一1帳卩加一2廣1 iy 2.1ev(2)按照光子理論，波長(zhǎng)為589.3nm的每一個(gè)光子的能量為£ = hv =he 663xl(f%"sx3xl0