大学物理,量子物理基础21-02 光的量子性 光电效应ppt课件.ppt

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1、光的量子性光电效应1如果说光电效应是光的粒子性的实验证据，发现这一效应却是赫兹在1887年研究电磁波的波动性质时偶然发现的。他用两套放电电极做实验，一套产生振荡，发出电磁波；另一套充当接收器。电极之间存在火花放电的缝隙。他发现当紫外光照在负电极上时，放电就比较容易发生。当光照射到金属表面上时，有电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。逸出的电子称为光电子。2外光电效应：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。内光电效应：一些晶体或半导体在受到光照时，其内部的原子释放的光电子仍留在材料内部，使材料的导

2、电性增强。研究光电效应主要是要解决以下问题：1）当光照射到金属表面时，从金属表面逸出的光电子数和什么因素有关；2）光电子的初动能由什么因素决定；3）产生光电效应的条件是什么；4）如何从理论上解释光电效应。3石英窗光线经石英窗照在光电管的阴极Ｋ上，就有电子从阴极表面逸出——光电子。光电子在电场的作用下向阳极Ａ运动，形成光电流。阳极阴极AV一、光电效应实验的规律4光电流反映了单位时间从阴极到达阳极的光电子数目。实验表明：在一定强度的单色光照射下，光电流随加速电压的增加而增大，但当加速电势差增加到一定量值时，光电流不再增加，达到饱和。光

3、电流和电压的关系曲线当光电流饱和时，单位时间从阴极逸出的光电子全部到达阳极。51）饱和光电流饱和光电流强度与入射光强度成正比。饱和光电流就是单位时间从金属表面逸出的总的光电子数N与电子电量e的乘积，即：结论：单位时间从金属表面逸出的总的光电子数与入射光强成正比。光电流和电压的关系曲线62）光电子初动能与入射光频率的关系当两极间加反向电压，光电子克服电场力作功。当逸出时初速度最大的光电子也不能到达阳极，光电流就为0，即：光电流恰为零时所加的反向电压U0称为截止电压。截止电压的大小反映光电子最大初动能的大小。光电流和电压的关系曲线7实

4、验表明：截止电压与入射光强无关，而与入射光频率具有线性关系，即：结论：光电子的最大初动能随入射光的频率线性增加，而与入射光的强度无关。即：改变阴极材料，不同阴极金属n0不同；但曲线斜率k不变。83）产生光电效应的条件（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。所以，当入射光频率>0时，电子才能逸出金属表面。0称为光电效应的红限。结论：当入射光频率<0时，无论光强多大，也无电子逸出金属表面。要产生光电效应，必须有：截止频率与材料有关，与光强无关。即：94）光电效应是瞬时的。当光照射到金属表面上

5、时，几乎立即就有光电子逸出。从光开始照射，到光电逸出所需时间<10-9s。几种纯金属的截止频率金属截止频率4.5455.508.06511.53铯钠锌铱铂19.2910按照光的电磁理论，光是电磁波。当光照到金属上时，金属中的电子受到入射光波中电场的作用而受迫振动，吸收光波的能量，从而逸出金属表面。光的强度和光振动的振幅有关，而且，光的能量是连续分布在光场中的。光电效应的实验规律是经典理论不能解释的。11因此，按照光的电磁理论：1）光强愈大，受迫振动的振幅愈大，逸出的光电子的初动能就应愈大。初动能应取决于入射光强；2）只要入射光强足

6、够大，对于任何频率的光，光电效应都会发生，不应存在截止频率；3）入射光的能量是连续传来的，电子要逸出金属表面，能量必须积累到一定值（逸出功），这需要一定的时间，入射光强越弱，能量积累时间越长。12二、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具有粒子性。即认为：一束光是一粒粒以光速c运动的粒子流，这些粒子称为光量子，简称光子。每一个光子的能量为=h，为光的频率，h为普朗克常数。不同频率的光子具有不同的能量。当普朗克还在寻找他的能量子的经典根源时，爱因斯坦在普朗克能量子概念

7、基础上，再大胆地前进了一步。1905年提出了光量子假设，并指出光量子和电子碰撞并被电子吸收从而导致电子的逸出。13在光电效应中，金属中的一个电子从入射光吸收一个光子后，就获得h的能量，2、爱因斯坦光电效应方程一部分用于电子逸出金属表面时需克服金属阻力做的功Ａ（逸出功），另一部分变为光电子的初动能。由能量守恒可得出：（光电效应方程）光子能量逸出功光电子初动能14按光子假设，频率为的光束是由许多能量均为h的光子组成的光子流。因此，对单个光子，能量取决于频率；对一束光来说，能量既与频率有关，又与光子数有关。即为：Ｉ＝Ｎh。光强正

8、比于单位时间通过单位面积的光子数。光强越大，光子数越多。入射光强(光的能流密度)，等于单位时间垂直通过单位横截面积的光能，就是单位时间垂直通过单位横截面积的光子数与每一光子能量h的乘积。153、光电效应的解释1）截止频率0（红限）的解释当入射光