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* 光电效应 光子 ? 1888年赫兹发现了光电效应。 1.光电效应 当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。 带电小锌球在紫外线照射下会失去负电荷带上正电。 由于金属表面的电子吸收外界的光子， 克服金属的束缚而逸出金属表面的现象。 一、光电效应 由于半导体表面的电子吸收外界的光子， 使其导电性能增强的现象。 外光电效应 内光电效应 阳极 阴极 石英窗 光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。 光电子在电场作用下形成光电流。 将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。 2.光电效应的实验规律 1. 光电效应实验 当 K、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值UC时，光电流恰为零。 UC称反向遏止电压。 光电子动能转换成电势能 截止电压的大小反映光电子初动能的大小。 阳极 阴极 石英窗 2. 光电效应实验规律 ①.光电流与光强的关系 饱和光电流强度与入射光强度成正比。 ②.截止频率?0 ----红限 对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率?0 。 当入射光频率? ?0 时，电子才能逸出金属表面； 当入射光频率? ?0 时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。 当? ?0 时， 与光强无关。 光电子初动能 反向遏止电压 光电流正比于光强。 ③光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间10-9s。 经典理论无法解释光电效应的实验结果。 经典认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。 光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只要频率高于红限，既使光强很弱也有光电流；频率低于红限时，无论光强再大也没有光电流。 光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。 为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子的概念。 3.爱因斯坦的光量子假设 1.内容 光不仅在发射和吸收时以能量为h?的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为? 的光是由大量能量为 ? =h? 光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。 在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功A，另一部分变为光电子的动能 Ek0 。 2.爱因斯坦光电效应方程 式中：A为电子逸出金属表面所需作的功，称为逸出功； 为光电子的最大初动能。 初动能及反向遏止电压与? 成正比，而与光强无关。 （2） 的解释 3.光电效应的解释 由 可知， （1）截止频率?0 （红限）的解释 当入射光频率? ?0 时，电子才能逸出金属表面，产生光电效应。 不同金属具有不同的截止频率。 （3）光电流正比于光强的解释 光强正比于单位时间流过单位面积 的光子数。光强越大，光子数越多。 （4）光电效应瞬时性的解释 电子吸收光子时间很短，只要光子频率大于截止频率，电子就能立即逸出金属表面，无需积累能量的时间，与光强无关。 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。 例1：铂的逸出功为6.3eV，求铂的截止频率?0 。 解： 金属内电子吸收一个光子可以释放一个光电子。光强越大，光电子越多，光电流越大。 例2：钾的截止频率?0 =4.62?1014Hz，以波长?=435.8nm的光照射，求钾放出光电子的初速度。 解： 美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。 4.光电效应理论的验证 放大器 控制机构 可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。 4.光电效应在近代技术中的应用 1.光控继电器 可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105~108 倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。 2.光电倍增管 二、光子的质量、能量和动量 由相对论光子的质能关系 光子的质量 由相对论质速关系 有 光子的静止质量为零。 光子的能量就是动能。 由狭义相对论能量和动量的关系式 光子的能量和动量的关系式为： 光子的动量： * * *