光電效應愛因斯坦光量子理論

§15.2光電效應愛因斯坦光量子理論一、光電效應的實驗規(guī)律

金屬及其化合物在光照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為光電效應。逸出的電子為光電子，所測電流為光電流。

光電效應現(xiàn)象是德國物理學家赫茲于1887年研究電磁波的性質(zhì)時偶然發(fā)現(xiàn)的。

當時赫茲只是注意到用紫外線照射在放電電極上時，放電比較容易發(fā)生，卻不知道這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。1.實驗原理

T為真空管，K

為發(fā)射電子的陰極，A

為陽極，用一定頻率和強度的單色光照射K時,金屬將釋放出光電子，若在兩極上加一定的電壓U,則回路中就出現(xiàn)光電流。UAkGTKA入射光線伏安曲線2.實驗規(guī)律（1）光電流

iS∝光電子數(shù)∝I（2）截止頻率

對一定金屬，只有入射光的頻率大于某一頻率ν0時,電子才能從該金屬表面逸出，這個頻率叫截止頻率（紅限）。

如果入射光的頻率小于截止頻率則無論入射光強度多大，都沒有光電子逸出。iS：飽和光電流I：照射光強度（3）遏止電壓

當UAK=0時，I≠0，因為從陰極發(fā)出的光電子具有一定的初動能。當UAK＜0并達到一定值時，

I=0,此時電壓稱為遏止電壓Ua。表明在此電壓下，逸出金屬后具有最大動能的光電子也不能到達陽極。此時有

（4）瞬時性光電效應具有瞬時性，響應速度很快，滯后時間不超過10-9秒。遏止電壓與照射光的頻率成線性關(guān)系。二.經(jīng)典物理與實驗規(guī)律的矛盾電子在電磁波作用下作受迫振動，直到獲得足夠能量(與光強

I有關(guān))逸出，不應存在紅限0

。當光強很小時，電子要逸出，必須經(jīng)較長時間的能量積累。

只有光的頻率0

時，電子才會逸出。

逸出光電子的多少取決于光強I

。

光電子即時發(fā)射，滯后時間不超過10–9

秒?？偨Y(jié)

光電子最大初動能和光頻率

成線性關(guān)系。

光電子最大初動能取決于光強，和光的頻率

無關(guān)。三、愛因斯坦光子假說和光電效應方程光的發(fā)射、傳播、吸收都是量子化的——光子金屬中一個電子從入射光中吸收一個光子——愛因斯坦光電效應方程A

為逸出功，即一個電子脫離金屬表面時為克服表面阻力所做的功。愛因斯坦對光電效應的實驗解釋

（1）入射光的強度I

取決于單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的光子數(shù)n

。

入射光較強時，含有的光子數(shù)較多，所以獲得能量而逸出的電子數(shù)也多，飽和電流自然也就大。

（2）當

時,電子無法獲得足夠能量脫離金屬表面，因此存在紅限。（3）根據(jù)

遏止電壓與入射光的頻率成正比，比例系數(shù)與材料的性質(zhì)無關(guān)。得（4）入射光中光子的能量被金屬表面的電子一次吸收，因此具有瞬時性。1916年美國實驗物理學家密立根利用光電效應測定了普朗克常量h

，從而證實了愛因斯坦光子論的正確性。

由于愛因斯坦在理論物理方面的成就和發(fā)現(xiàn)光電效應規(guī)律；密立根在基本電荷和光電效應方面的工作，兩位物理學家分別于1921年和1923年獲得諾貝爾物理學獎。Adams,Michelson,EinsteinandMillikan,1931四、光（電磁輻射）的波粒二象性光子動量光子能量光子質(zhì)量光在傳播過程中，波動性比較顯著，光在與物質(zhì)相互作用時（發(fā)射和吸收），粒子性比較顯著。粒子性波動性波粒二象性光電倍增管五、光電效應的應用紅外變像管紅外輻射圖像→可見光圖像像增強器微弱光學圖像→高亮度可見光學圖像測量波長在200~1200nm極微弱光的功率光電效應在近代技術(shù)中的應用光控繼電器、自動控制、自動計數(shù)、自動報警等。光電倍增管放大器接控件機構(gòu)光光控繼電器示意圖解例1波長為450nm

的光照射到金屬鈉表面。已知金屬鈉的逸出功A=2.28eV。求（1）光子的能量和動量；（2）光電子的逸出動能；（3）如果光子的能量為2.40eV

,其波長為多少？以電子伏特為能量單位,則（1）光子能量光子的動量（2）由愛因斯坦方程金屬鈉的逸出功A=2.28eV（3）如果光子能量為2.40

eV,

則波長解例2

鉀的光電效應紅限為0=6.210-7m。求（1）電子的逸出功；（2）在波長為3.010-