(完整版)光電效應(yīng)的概況和應(yīng)用_第1頁
(完整版)光電效應(yīng)的概況和應(yīng)用_第2頁
免費預(yù)覽已結(jié)束,剩余6頁可下載查看

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

1、鍵入文字光電效應(yīng)的概況和應(yīng)用光電效應(yīng)原理19051905 年,愛因斯坦提出光子假設(shè),成功解釋了光電效應(yīng), 因此獲得 19211921 年諾貝爾物理獎。光照射到金屬上,引起物質(zhì)的 電性質(zhì)發(fā)生變化。這類光變致電的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應(yīng)。 光電效應(yīng)分為光電子發(fā)射、 光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。 前一種 現(xiàn)象發(fā)生在物體表面,又稱外光電效應(yīng)。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體 內(nèi)部,稱為內(nèi)光電效應(yīng)。赫茲于 18871887 年發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng),愛因斯坦第一個成功的解釋了光電效應(yīng) (金屬表面在光輻照作用下發(fā) 射電子的效應(yīng),發(fā)射出來的電子叫做光電子)。光波長小于某一臨界值時方能發(fā)射電子,即極限波長,對應(yīng)的光的頻率叫做極限 頻

2、率。臨界值取決于金屬材料,而發(fā)射電子的能量取決于光的波 長而與光強(qiáng)度無關(guān),這一點無法用光的波動性解釋。 還有一點與 光的波動性相矛盾,即光電效應(yīng)的瞬時性,按波動性理論,如果 入射光較弱,照射的時間要長一些,金屬中的電子才能積累住足 夠的能量,飛出金屬表面。可事實是,只要光的頻率高于金屬的鍵入文字極限頻率,光的亮度無論強(qiáng)弱,光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時的,不 超過十的負(fù)九次方秒。正確的解釋是光必定是由與波長有關(guān)的嚴(yán) 格規(guī)定的能量單位(即光子或光量子)所組成。 光電效應(yīng)里,電 子的射出方向不是完全定向的,只是大部分都垂直于金屬表面射 出,與光照方向無關(guān),光是電磁波,但是光是高頻震蕩的正交電磁場,振幅很小

3、,不會對電子射出方向產(chǎn)生影響。光電效應(yīng)說明了光具有粒子性。 相對應(yīng)的,光具有波動性最 典型的例子就是光的干涉和衍射。只要光的頻率超過某一極限頻率,受光照射的金屬表面立即 就會逸出光電子,發(fā)生光電效應(yīng)。當(dāng)在金屬外面加一個閉合電路, 加上正向電源,這些逸出的光電子全部到達(dá)陽極便形成所謂的光 電流。 在入射光一定時,增大光電管兩極的正向電壓,提高光 電子的動能,光電流會隨之增大。但光電流不會無限增大,要受 到光電子數(shù)量的約束,有一個最大值,這個值就是飽和電流。 所 以,當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時,根據(jù)光子假設(shè),入射光的強(qiáng)度(即單 位時間內(nèi)通過單位垂直面積的光能) 決定于單位時間里通過單位 垂直面積的光子數(shù),

4、單位時間里通過金屬表面的光子數(shù)也就增 多,于是,光子與金屬中的電子碰撞次數(shù)也增多,因而單位時間 里從金屬表面逸出的光電子也增多,飽和電流也隨之增大。. .光電效應(yīng)發(fā)展歷程鍵入文字(一). .光電效應(yīng)理論的發(fā)展18871887 年,首先是赫茲在證明波動理論實驗中首次發(fā)現(xiàn)的,對發(fā)展量子理論起了根本性作用。當(dāng)時,赫茲發(fā)現(xiàn),兩個鋅質(zhì)小球 之一用紫外線照射,則在兩個小球之間就非常容易跳過電花。大約 19001900 年,馬克思普朗克對光電效應(yīng)作出最初解釋, 并引出了光具有的能量包裹式能量這一理論。他給這一理論歸咎成一個等式,也就是 E=hf,EE=hf,E 就是光所具有的“包裹式”能量,h h 是一個常

5、數(shù),統(tǒng)稱普朗克常數(shù),而 f f 就是光源的頻率。也就是說, 光能的強(qiáng)弱是有其頻率而決定的。 但就是普朗克自己對于光線是 包裹式的說法也不太肯定。19021902 年,勒納也對其進(jìn)行了研究,指出光電效應(yīng)是金屬中 的電子吸收了入射光的能量而從表面逸出的現(xiàn)象。但無法根據(jù)當(dāng)時的理論加以解釋。19051905 年,愛因斯坦 2626 歲時提出光子假設(shè),成功解釋了光電 效應(yīng),因此獲得 19211921 年諾貝爾物理獎。他進(jìn)一步推廣了布蘭科 的理論,并導(dǎo)出公式,Ek=hf-WEk=hf-W, W W 便是所需將電子從金屬表面 上自由化的能量。而EkEk 就是電子自由后具有的動能。(二). .對光電效應(yīng)的實驗

6、研究18871887 年,赫茲在做證實麥克斯韋的電磁理論的火花放電實驗時,偶然發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。赫茲用兩套放電電極做實驗,一套 產(chǎn)生振蕩,發(fā)出電磁波;另一套作為接收器。他意外發(fā)現(xiàn),如果 接收電磁波的電極受到紫外線的照射,火花放電就變得容易產(chǎn) 生。赫茲的論文鍵入文字紫外線對放電的影響發(fā)表后,引起物理學(xué)界 廣泛的注意,許多物理學(xué)家進(jìn)行了進(jìn)一步的實驗研究。18881888 年,德國物理學(xué)家霍爾瓦克斯證實,這是由于在放電 間隙內(nèi)出現(xiàn)了荷電體的緣故。18991899 年,湯姆孫用巧妙的方法測得產(chǎn)生的光電流的荷質(zhì)比,獲得的值與陰極射線粒子的荷質(zhì)比相近,這就說明產(chǎn)生的光電流和陰極射線一樣是電子流。這樣,物理學(xué)

7、家就認(rèn)識到,這一現(xiàn)象 的實質(zhì)是由于光(特別是紫外光)照射到金屬表面使金屬內(nèi)部的 自由電子獲得更大的動能,因而從金屬表面逃逸出來的一種現(xiàn) 象。18991899 19021902 年,勒納德對光電效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,并 首先將這一現(xiàn)象稱為“光電效應(yīng)”。為了研究光電子從金屬表面 逸出時所具有的能量,勒納德在電極間加一可調(diào)節(jié)反向電壓,直到使光電流截止,從反向電壓的截止值,可以推算電子逸出金屬 表面時的最大速度。他選用不同的金屬材料,用不同的光源照射, 對反向電壓的截止值進(jìn)行了研究, 并總結(jié)出了光電效應(yīng)的一些實 驗規(guī)律。根據(jù)動能定理:qU=m1/2qU=m1/2,可計算出發(fā)射出電子的能 量??傻贸觯篽

8、f=(1/2)mvhf=(1/2)mv八2+I+W2+I+W。深入的實驗發(fā)現(xiàn)的規(guī)律與經(jīng)典理論存在諸多矛盾,但許多物理學(xué)家還是想在經(jīng)典電磁理論的框架內(nèi)解釋光電效應(yīng)的實驗規(guī) 律。勒納德在 19021902 年提出觸發(fā)假說,假設(shè)在電子的發(fā)射過程中,光只起觸發(fā)作用,電子原本就是以某一速度在原子內(nèi)部運(yùn)動,光照射到原子上,只要光的頻率與電子本身的振動頻率一致,就發(fā)鍵入文字生共振,電子就以其自身的速度從原子內(nèi)部逸出。勒納德認(rèn)為, 原子里電子的振動頻率是特定的, 只有頻率合適的光才能起觸發(fā) 作用。勒納德的假說在當(dāng)時很有影響,被一些物理學(xué)家接受。但 是,不久,勒納德的觸發(fā)假說被他自己的實驗否定。當(dāng)時,還有 一些

9、物理學(xué)家試圖把光電效應(yīng)解釋為一種共振現(xiàn)象。三. .光電效應(yīng)的主要應(yīng)用利用光電效應(yīng)可以把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?利用光信號與電 信號之間的相互轉(zhuǎn)換??梢灾圃旃怆娹D(zhuǎn)換器。光電器件在工農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)和文化生活領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用.如應(yīng)用于光功率測量、光信號記錄、電影、電視和自動控制等諸多方面。1.1.光電管光電管就是應(yīng)用最普遍的一種光電器件。 最早的電影是沒有 聲音的.后來雖然有了聲音,但那是靠留聲機(jī)來配合影片播放 的.聲和影配合不好時,效果當(dāng)然不好.我們現(xiàn)在能夠看到聲和 影完全配合一致的有聲電影,還是多虧了光電管。影片攝制完后, 要進(jìn)行錄音.錄音時通過專門的設(shè)備使聲音的變化轉(zhuǎn)變成光的變 化,

10、從而把聲音的“像”攝制在影片的邊緣上,形成寬窄變化的 暗條紋,這就是影片邊上的音道.放映電影時,利用光電管把“聲 音的照片”還原成聲音.方法是:在電影放映機(jī)中用強(qiáng)度不變的 極窄的光束照射音道,由于影片上各處的音道寬窄鍵入文字不同,所以在 影片移動的過程中,通過音道的光的強(qiáng)度也就不斷變化;變化的 光射向光電管時,在電路中產(chǎn)生變化的電流,把電流放大后,通 過喇叭就可以把聲音放出來。2.2. 光控繼電器光電效應(yīng)的應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)中的大部分光電控制設(shè)備都用光控繼電器.光控繼電器在工業(yè)上可以用于產(chǎn)品的自動計數(shù)、安全生產(chǎn)等方面.用于自動計數(shù)時,可以把產(chǎn)品放在傳送帶上,光源 和光電管分別放在傳送帶的兩側(cè), 每當(dāng)

11、傳送帶上輸送過去一個產(chǎn) 品時,光線被擋住一次,光控繼電器就放開銜鐵一次,由銜鐵控 制的計數(shù)器的數(shù)字就加一.工人在沖床、鉆床、鍛壓機(jī)械上勞動 時,如有不慎,容易出事故.為保證安全,可以在這些機(jī)床上安 裝光控繼電器.當(dāng)工人不慎將手伸入危險部位時,由于遮住了光線,光控繼電器就立即動作,使機(jī)床停下來,避免事故的發(fā)生。3.3.太陽能電池太陽電池的基本結(jié)構(gòu)是: :把一個大面積 PNPN 結(jié)做好上下電極 的接觸引線就構(gòu)成一個太陽電池。為更好地接受日光照射,正面電極不能遮光,常做成柵狀。為了減少入射光的反射,一般在表面 層上再做一層減反射膜,表面層下是 PNPN 結(jié), ,底電極一般做成大面 積的金屬板。目前,

12、 ,太陽電池的應(yīng)用已十分廣泛。它已成為宇宙飛船、人 造衛(wèi)星、空間站的重要長期電源。在其它方面的應(yīng)用也十分普遍。 關(guān)于目前國內(nèi)外太陽電池電源設(shè)備應(yīng)用的情形簡介如下: :鍵入文字宇宙開發(fā)一一觀測用人造衛(wèi)星、宇宙飛船、通訊用人造衛(wèi)星;航空運(yùn)輸一一飛機(jī)、機(jī)場燈標(biāo)、航空障礙燈、地對空無線電通訊; 氣象觀測一一無人氣象站、積雪測量計、水位觀測計、地震遙測 儀;航線識別一一航標(biāo)燈、浮子障礙燈、燈塔、潮流計;通訊設(shè) 備無線電通訊機(jī)、步談機(jī)、電視廣播中繼站;農(nóng)畜牧業(yè) 電圍欄、水泵、溫室、黑光燈、噴霧器、割膠燈;公路鐵路一一 無人信號燈、公路導(dǎo)向板、障礙閃光燈、備急電話;日常生活一 照相機(jī)、手表、野營車、游艇、手

13、提式電視機(jī)、閃光燈。4.4.光電探測器光電探測器是對半導(dǎo)體光電效應(yīng)的重要應(yīng)用。光電探測器是指對各種光輻射進(jìn)行接收和探測的器件。其中光敏管(包括各種光敏二極管、光敏三極管和一些光敏晶體管 )是此類光電器件的 重要組成部分。它與我們高中教材傳感器實驗中研究的光敏電阻 都是實行光電信號轉(zhuǎn)化的裝置。光電探測器在科技、生活、生產(chǎn) 和國防建設(shè)中都有著重要的應(yīng)用。例如數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、 天文顯微鏡、GPGPS S全球定位系統(tǒng)、氣象衛(wèi)星拍攝的氣象云圖、巡 航導(dǎo)彈目標(biāo)定位等等。這些應(yīng)用中最基本的是有一個非常靈敏的 光電探測器。5.5.光機(jī)鼠標(biāo)根據(jù)工作原理,鼠標(biāo)大致可以分為機(jī)械式、光學(xué)機(jī)械式、光 電式以及軌跡球、無線等類型。鼠標(biāo)雖然有很多種,當(dāng)然目前最

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論