2022-2023学年高二物理竞赛课件：光电效应 爱因斯坦的光子理论

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 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。 光电效应 爱因斯坦的光子理论 上页 下页 返回 退出 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。 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 3 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。 光强较弱 光强较强 光电效应的伏安特性曲线 上页 下页 返回 退出 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 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。 上页 下页 返回 退出 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 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 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 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： 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 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 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10-9s。 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 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 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 爱因斯坦从普朗克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（现在称光子），每一光子能量为 e = hv ，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 hv 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。 三、爱因斯坦的光子理论 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 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。 上页 下页 返回 退出 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。 当初动能为零时，可得到 红限频率。 从方程可看出光电子初动能 和照射光频率成线性关系。 上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 $