《普通物理学》课程教学资源（PPT课件）第十三章早期量子论和量子力学表础 13-2 光电效应、爱因斯坦的光子理论

§13-2光电效应爱因斯坦的光子理论 一、光电效应的实验规律 光电效应 调整波长 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。 让美觉返司退

上页 下页 返回 退出 一、光电效应的实验规律 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。 §13-2 光电效应 爱因斯坦的光子理论

入射光线 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。 光电效应实验装置 上贰不觉返退此

上页 下页 返回 退出 入射光线 O O O O O O V G A K B O O 光电效应实验装置 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

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I，如果 增加光的强度，相应的I也 增大。 光强较强 光强较弱 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。 0 光电效应的伏安特性曲线 士美下觉返司：退

上页 下页 返回 退出 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。 H I H I I O U H I Ua 光强较弱 光强较强 光电效应的伏安特性曲线

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U叫遏止电势差。 1 2 2 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

上页 下页 返回 退出 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 Ua 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。 1 2 2 mv eU m = a

3遏止频率（又称红限)实验表明：遏止电 势差U,和入射光的频率之间具有线性关系。 U=Kv-U Cs Na Ca 2.0 1.0 040 6.0 8.0 10.0 y/1014Hz 遏止电势差与频率的关系 上觉子觉道司退欢

上页 下页 返回 退出 3.遏止频率（又称红限） 实验表明：遏止电 势差 Ua 和入射光的频率之间具有线性关系。 Cs Na Ca Ua V 14 0  /10 Hz 4. 6.0 8.0 10.0 0.0 1.0 2.0 遏止电势差与频率的关系 U K U a = −  0

K为不随金属性质不同而改变的普适恒量 5mw.2=eKv-eU。 2 即最大初动能随入射光的频率线性地增加，要 使光所照射的金属释放电子，入射光的频率必须 满足： Uo V2 V0= K K V称为光电效应的红限（遏止频率） 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V时，不管照射光的强度多大，不会产 生光电效应

上页 下页 返回 退出 K 为不随金属性质不同而改变的普适恒量 即最大初动能随入射光的频率线性地增加，要 使光所照射的金属释放电子，入射光的频率必须 满足：  0 称为光电效应的红限（遏止频率） 2 0 1 2 mv eK eU m = −  0 0 U K  = 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。 0  v≥ U0 K

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109s。 二、光的波动说的缺陷 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。 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。 让美下元返回退欢

上页 下页 返回 退出 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 s 。 9 10− • 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。 • 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。 二、光的波动说的缺陷

三、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C运动的粒子流，这些粒子称为光量子，现 在称为光子，每一光子能量为&=V,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hv,如果hy大于电子从金属表面逸出时 所需的逸出功A,这个电子就从金属中逸出

上页 下页 返回 退出 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 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。 c  = h 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。 h A h 三、爱因斯坦的光子理论

爱因斯坦光电效应方程 hy= mv. 2+A 2 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。 让美觉返司退

上页 下页 返回 退出 2 m 1 2 h mv A  = + 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

>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。 >从光电效应方程中，当初动能为零时，可 得到红限频率。 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。 上美不家返可退此

上页 下页 返回 退出 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