光电效应爱因斯坦的光子理论.ppt

18-2光电效应爱因斯坦的光子理论,光电效应当波长较短的可见光或紫外光照射到某些金属表面上时,金属中的电子就会从光中吸取能量而从金属表面逸出的现象。,1.光电效应的实验规律,金属板释放的电子称为光电子,光电子在电场作用下在回路中形成光电流。,结论1：单位时间内,受光照的金属板释放出来的电子数和入射光的强度成正比。,(1)饱和电流实验表明：在一定强度的单色光照射下,光电流随加速电势差的增加而增大,但当加速电势差增加到一定量值时,光电流达饱和值，如果增加光的强度，相应的也增大。,光电效应,（2）遏止电势差如果使负的电势差足够大，从而使由金属板表面释放出的具有最大速度的电子也不能到达阳极时，光电流便降为零，此外加电势差的绝对值叫遏止电势差。,实验表明：遏止电势差与光强度无关。,结论2：光电子从金属表面逸出时具有一定的动能，最大初动能与入射光的强度无关。,光电效应,（3）遏止频率（又称红限）实验表明：遏止电势差和入射光的频率之间具有线性关系。,遏止电势差与频率的关系,光电效应,为不随金属性质不同而改变的普适恒量,称为光电效应的红限（遏止频率）,光电效应,（4）弛豫时间实验表明，从入射光开始照射直到金属释放出电子，无论光的强度如何，这段时间很短，不超过。,结论3：光电子从金属表面逸出时的最大初动能与入射光的频率成线性关系。当入射光的频率小于时，不管照射光的强度多大，不会产生光电效应。,光电效应,按照光的波动说,光电子的初动能应决定于入射光的光强，即决定于光的振幅而不决定于光的频率。,2.光的波动说的缺陷,无法解释红限的存在。,无法解释光电效应的产生几乎无须时间的积累。,3.爱因斯坦的光子理论,爱因斯坦从普朗克的能量子假设中得到启发,他假定光在空间传播时,也具有粒子性,想象一束光是一束以运动的粒子流,这些粒子称为光量子,现在称为光子,每一光子的能量为,光的能流密度决定于单位时间内通过该单位面积的光子数。,根据光子理论,光电效应可解释如下:当金属中一个自由电子从入射光中吸收一个光子后,就获得能量,如果大于电子从金属表面逸出时所需的逸出功,这个电子就从金属中逸出。,爱因斯坦光电效应方程,爱因斯坦对光电效应的解释：,光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。,电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以无须时间的累积。,爱因斯坦的光子理论,爱因斯坦,由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。,从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到红限频率.,从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系。,爱因斯坦的光子理论,分别为光子的质量和动量。,4.光的波-粒二象性,光不仅具有波动性，还具有粒子性。这种双重性称为波-粒二象性。,波动性和粒子性之间的联系如下：,例18-3波长l=4.010-7m的单色光照射到金属铯上，求铯所释放的光电子最大初速度。,利用关系,代入已知数据,解：铯原子红限频率=4.81014Hz，据爱因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能：,光电效应,光电管,5.光电效应的应用,光电倍增管,解：(1)按照经典电磁理论,照射到离光源d处的圆面积内的功率是,例题18-4设有一功率P=1W的点光源,d=3m处有一钾薄片.假定钾薄片中的电子可以在半径r=0.510-10m的圆面积范围内收集能量,已知钾的逸出功为a=1.8eV,(1)按照经典电磁理论,计算电子从照射到逸出需要多长时间;(2)如果光源发出波长为的单色光,根据光子理论,求每单位时间打到钾片单位面积上有多少光子.,假定这些能量全部被电子所吸收,那么可以计算出光开始照射到电子逸出表面所需的时间为：,爱因斯坦的光子理论,每单位时间打在距光源3m的钾片单位面积上的能量为,(2)按照光子理论,爱因斯坦的光子理论,每单位时间打在距光源3m的钾片单位面积上的能量为,(2)按照光子理论,爱因斯坦的光子理论,