光电效应_爱因斯坦方程

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1、18-4光电效应爱因斯坦方程1光电效应在一定频率光的照射下，金属或其化合物表面发出电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。2赫兹德国物理学家赫兹（HeinrichRudolfHertz，1857-1894）1887年在实验中首次发现了光电效应。德国物理学家普朗克（MaxKarlErnstLudwigPlanck，1858-1947）在1900年创立了量子假说，即物质辐射（或吸收）的能量只能是某一最小能量单位（能量量子）的整数倍。他引进了一个物理普适常数，即普朗克常数，是微观现象量子特性的表征。普朗克一历史背景3德国科学家爱因

2、斯坦（AlbertEinstein，1879-1955）在普朗克的量子假设基础上，给出了光电效应方程，成功解释了光电效应的全部实验规律。（获1921年诺贝尔物理学奖）1916年美国物理学家罗伯特·密立根(RobertAndrewsMillikan,1868～1953)历经十年，发表了光电效应实验结果，验证了爱因斯坦的光量子说。（获1923年诺贝尔物理学奖）密立根爱因斯坦4二光电效应实验规律：光照射在金属K上，有电子逸出，在电场作用下飞向阳极A，成为光电流iP。U饱和电流遏止电压UaVA入射光强度5饱和：从K射出的电子全部飞向阳极A，

3、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：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。1第一定律：单位时间从金属表面逸出的光电子数目与入射光强IS成正比。U6实验表明：当U=0，乃至U<0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2第二定律：光电子数的最大初动能随入射光的频率增大而线性增大，而与入射光强度无关。说明初动能最大的电子也不能到达阳极。UU

4、a电子的初动能：7实验还表明：光电子的最大初动能(遏止电压)随与入射光频率增大而线性增大，与入射光的强度无关。νν0式中：U0--决定于金属性质k--与金属性质无关的普适恒量UUa3Ua2Ua18红限频率入射光频率要大于U0/k才能产生光电效应。注意：(1)每种金属都有各自对应的红限频率。逸出功逸出功：电子逸出物体表面所需要的最小能量A=eU0。3第三定律：当光照射到某一给定的金属时，无论光的强度如何，小于红限频率的入射光都不能产生光电效应。金属截止频率4.5455.508.06511.53铯钠锌铱铂19.2994光电效应的瞬时性

5、。实验表明：当光照射后，只要光子能量大于逸出功，几乎不要时间（10-9s）便有光电子从阴极逸出。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。(3)经典物理解释不了此规律。按经典物理电磁理论，光强愈大，电磁波振辐愈大，电子受强迫力愈大，故光电子初动能应与入射光强度相关，更不应存在红限频率。(2)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效应。10三光子假说爱因斯坦方程1光子假说光是一束以c运动着一粒一粒的粒子流，每一个光子所带能量

6、=h，不同的频率的光子具有不同的能量。这些粒子就是光量子，现称光子。11光不仅在发射和吸收时表现出量子性，而且在空间传播时也表现出量子性--提出了辐射的电磁场也具有量子性。2光子理论对光电效应的解释(1)解释光电子数与光强成正比依假设：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：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。12金属A(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

7、电子它一次吸收了一个能量为hv的光子，在上升到表面时将失去一部分能量A，依能量守恒定律：若电子刚好在金属表面，则A有极小值A0，电子可获得最大动能A0称为“逸出功”或“功函数”爱因斯坦光电效应方程束缚电子h13A0为“逸出功”或“功函数”爱因斯坦光电效应方程初动能与频率有关。红限频率：对照后可得：14(3)解释光电效应的瞬时性。电子只吸收一个光子，无需能量的积累过程。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1923年的诺贝尔奖（另一原因是他用油

8、滴法精确地测定了电子电量）。金属A束缚电子h15四光的波粒二象性光子不仅具有波动性，同时也具有粒子性，即波粒二象性。描述光的粒子性描述光的波动性光子在相对论中能量和动量关系(2)粒子性：光电效应、康普顿散射等(1)波动性：光的干涉和