光电效应的实验规律
物理 光电效应
小 结
一、 光电效应的实验规律 1.单位时间内 从受光照射的电极上释放出来的光 单位时间内,从受光照射的电极上释放出来的光 单位时间内 电子数目N与入射光的强度 成正比。 与入射光的强度I成正比 电子数目 与入射光的强度 成正比。
1 2 2.光电子的最大初动能随入射 光电子的最大初动能随入射 mv = ekν eu0 光的频率ν呈线性地增加 呈线性地增加,与入射光 光的频率 呈线性地增加 与入射光 2 强度无关。 强度无关。 u0 3. 光电效应有一定的截止频率。 光电效应有一定的截止频率。 ν0 =
约化的普朗克常量： 约化的普朗克常量：
v e
r
h = 2π
Ze
波尔确实依据它的三点假设揭示了实验中 观测的光谱现象的物理规律
玻尔在1922年12月10日， 年 月 日 玻尔在 获得了诺贝尔物理奖。 获得了诺贝尔物理奖。
12
2、 氢原子轨道半径和能量 、 （1） 轨道半径 ）
vn
+e
2
(m,e)
rn
1 1 me ν= 2 3 ( 2 2) 8ε0ch k n
4
RH实 = 1.096776 ×10 m
7
-1
分符合
相差Leabharlann 17 5 / 10000似氢离子： 似氢离子：核外只有一个电子
He
+
L
++
Be
+++
说明： 说明： 玻尔理论除可用来处理氢原子问题外， 玻尔理论除可用来处理氢原子问题外，还能用来处理 似氢离子。 似氢离子。在r n和E n的推算中对核电荷用 Z e 代替 代替e 电子的轨道半径
光电效应及其实验规律
光电效应及其实验规律对于光电效应这一节，重点在于理解光电效应的含义及其实验装置和规律。
下面就这个实验的装置和实验规律加以剖析。
光电效应的含义：在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。
研究光电效应的实验装置如图1所示，阴极K和阳极A封闭在真空管内，在两极之间加一可变电压，用以加速或阻挡释放出来的电子。
光通过小窗照到阴极K上，在光的作用下，电子从电极K逸出，并受电场加速而形成电流，这种电流称为光电流。
图1实验结果发现，光和光电流之间有一定的依存关系。
（1）在入射光的强度与频率不变的情况下，电流——电压的实验曲线如图2所示。
曲线表明，当加速电压U增加到一定值时，光电流达到饱和值，这是因为单位时间内从阴极K射出的光电子全部到达阳极A。
则饱和电流。
图2另一方面，当加速电压逐渐减小到零，并逐渐变负时（这时电场力对于光电子来说是阻力），光电流并不降为零，这就表明从电极K逸出的光电子具有初动能。
所以尽管有电场力阻碍它运动，仍有部分初动能比较大的光电子到达电极A。
但由于单位时间内到达阳极A的光电子数减少，所以光电流就随着减小。
随着反向电压越来越大，单位时间内到达阳极A的光电子数就越来越少，光电流也就越来越小。
但是当反向电压增大到等于时，就能阻止所有的光电子飞向电极A，光电流降为零，这个电压叫遏止电压。
它使具有最大初速度的光电子也不能到达电极A。
这样我们就能根据遏止电压来确定电子的最大初速度和最大初动能，即可得：，式中e为电子的电荷。
（2）在用相同频率不同强度的光去照射电极K时，得到电流—电压的曲线如图3所示。
它显示出对于不同强度的光，是相同的，这说明同一种频率，不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的。
但光电流强度不同，这是因为入射光的强度是由单位时间到达金属表面的光子数目决定的，而被击中的光电子（亦即吸收了光子能量的电子）数又与光子数目成正比，这样光的强度越大，被击出的光电子数就越多，则形成的光电流就越强。
第10讲 光电效应 爱因斯坦光量子理论
第10讲光电效应爱因斯坦光量子理论3. 只有当入射光频率 n 大于截止频率或红限频率 n 0 时，才会产生光电效应；4. 光电效应是瞬时发生的，只要入射光频率 n > n 0，无论光多微弱，驰豫时间不超过 10-9 s 。
2. 截止电压 U c 与入射光频率 n 呈线性关系：一、光电效应的实验规律1. 在频率一定的入射光照射下，饱和光电流强度 i m 与入射光强 I 成正比；U c = K n - U 0KU 00=n二、光电效应实验曲线 i 0 Ui m1 i m2 I1I 2 > I 1 -U c I 2U c —— 截止电压 c 212m eU mv = 4.0 6.0 8.0 10.0 n (1014 Hz ) 0.0 1.0 2.0 U c (V ) Cs Na Ca θ12.0 直线与横坐标的交点就是截止频率或红限频率 n 0。
光是由一束以光速运动的光量子(光子)组成。
mcc h h p ===n λnh =E 光子能量： 光子动量： 光子质量： 三、爱因斯坦光子理论)(0 022===m c h c m n E四、爱因斯坦光电效应方程红限频率(截止频率)： 由金属材料的逸出功 A 决定 h A =0n 五、光的波粒二象性光有时表现出波动性的一面，又有时表现出粒子性的一面。
A h νv m -=2m e 21Q3.10.1有人说：“光的强度越大，光子的能量就越大。
”对吗？答：错。
光子的能量由频率决定，与光的强度没有直接关系。
在光电效应实验中，若只是入射光强度增加一倍；对实验结果有什么影响？Q3.10.2(a )答：光强 I = N h n N 为单位时间通过垂直光传播方向单位面积的光子数。
n 不变 ， I 增加一倍，N 增加一倍， 饱和光电流强度增加一倍。
以一定频率的单色光照射在某种金属上，测出其光电流曲线在图中用实线表示，然后保持光的频率不变，增大照射光的强度，测出其光电流曲线如图中虚线所示。
高考物理光电效应
010.07-08学年清华大学附中高考模拟试题 7
7．a、b两种色光以相同的入射角从某种介质射向真 空，光路如图所示，则以下描述错误的是（ A ） A．a光的频率大于b光的频率 B．a光在真空中的波长大于b光在真空中的波长 C．a光在介质中的传播速度大于 b光在介质中的传 播速度 a D．如果a光能使某种金属 b 真空 发生光电效应，b光也一定能 介质
使该金属发生光电效应
065.08年南京一中第三次模拟13(2) 13． (2) (3-5模块 )（ 3分）如图所示是使用光电管的 原理图。当频率为 的可见光照射到阴极K上时，电 流表中有电流通过。如果将变阻器的滑动端 P由A向 B滑动，通过电流表的电流强度将会 _______( 减小 填“增 加”、“减小”或“不变”)。当电流表电流刚减小 到零时，电压表的读数为 U ，则光电子的最大初动 eU 能为 ________(已知电子电量为e)。 如果不改变入射光的频率，而 增加入射光的强度，则光电子 K G V 的最大初动能将_________( 填 不变 P “增加”、“减小”或“不变”) 。 B A S
光 电 效 应
1．光电效应现象 光照使物体发射电子的现象叫光电效应现象;所发射的 电子叫光电子;光电子定向移动所形成的电流叫光电流. 2. 光电效应现象的实验规律
（ 1）对于任何一种金属，入射光的频率必须大于某一 极限频率才能产生光电效应,低于这个极限频率,无论强 度如何，无论照射时间多长，也不能产生光电效应; （2）在单位时间里从金属极板中发射出的光电子数 跟入射光的强度成正比； （3）发射出的光电子的最大初动能与入射光强度无 关，只随入射光频率的增大而增大； （4）只要入射光的频率高于金属极板的极限频率， 无论其强度如何,光电子的产生都几乎是瞬时的,不超 过10-9s.
2.2 光电效应 爱因斯坦光量子理论
入射光较强时，含有的光子数较多，所以获得 能量而逸出的电子数也多，饱和电流也就大。
（3）当 h A 时, 电子无法获得足够能量脱 离金属表面，因此存在红限 0 。
0 A h
11
近代物理
第2章 量子物理基础
（4）遏止电压与照射光的频率成线性关系:
h
1 2
mvm2
A
eU c
1 2
mvm2
该金属表面逸出，
这个频率叫截止频 如果入射光的频率小于截止
率（红限）。
频率则无论入射光强度多大， 都没有光电子逸出。
7
近代物理
第2章 量子物理基础
二、经典物理解释的困难 红限问题
按经典理论,无论何种频率的入射光,只要 其强度足够大，就能使电子具有足够的能量逸 出金属→与实验结果不符。
瞬时性问题 按经典理论，电子逸出金属所需的能量， 需要有一定的时间来积累，一直积累到足以使 电子逸出金属表面为止→与实验结果不符。
和强度的单色光照射K时, 金属将
释放出光电子， 若在两极上加一
定电压, 则回路中就出现光电流。 爱因斯坦(Einstein)
2
近代物理
第2章 量子物理基础
3
近代物理
第2章 量子物理基础
2.实验规律
阴极 K 在单位时间
i
内发射的光电子数与入
射光的强度 I 成正比。
is
（1）瞬时性
（ 2 ） 饱 和 电 流 Is ： 光 电 流 I随UAK 增大而 增 大 ， 趋于饱和值 is，光电流与 单位时间从阴极发射的 光电子数成正比。
第2章 量子物理基础
2.爱因斯坦光电效应方程
h
A
1 2
mvm2
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
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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。
Ua K U0
0.04.0
6.0
8.0 10.0
/1014 Hz
遏止电势差与频率的关系
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K 为不随金属性质不同而改变的普适恒量
1 2
获得能量 h ,如果h 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。
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爱因斯坦光电效应方程
h
1 2
mvm2
A
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。
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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109 s 。
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。
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选择进入下一节 §13-0 教学基本要求 §13-1 热辐射 普朗克的能量子假设 §13-2 光电效应 爱因斯坦的光子理论 §13-3 康普顿效应 §13-4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 §13-5 德布罗意波 微观粒子的波粒二象性 §13-6 不确定关系 §13-7 波函数及其统计诠释 薛定谔方程 §13-8 一维定态薛定谔方程的应用 §13-9 量子力学中的氢原子问题 §13-10 电子的自旋 原子的电子壳层结构
15-2 光电效应
λ= ν
A=
c
h A Ua = ν − e e hc A Ua = − eλ e
hc
λ
− eUa
A ν0 = h
§15-2 光电效应
一、光电效应的实验规律
§15-2 光电效应
一、光电效应的实验规律
G
A
K
I IH 2 1 3
U
实验原理
Ua
0
U
光电效应有如下规律： 光电效应有如下规律： 1、对于一定强度的单色光： 、对于一定强度的单色光：
I IH 2 1 Ua 0 U 3
I H = Ne
对于同一单色光，改变其 对于同一单色光， 光强：＇ 光强：＇ ′ ′
规律四： 规律四：
只要入射光的频率大于该金属的红限， 只要入射光的频率大于该金属的红限，当光照射到这 种金属的表面时，几乎立即产生光电子， 种金属的表面时，几乎立即产生光电子，而无论光强 多大。 多大。
二、经典理论遇到的困难 • 光的波动理论：光波的能量决定于光波的强度，而强 光的波动理论：光波的能量决定于光波的强度， 度与振幅的平方成正比。所以，入射光的强度越高， 度与振幅的平方成正比。所以，入射光的强度越高，金 属内自由电子获得的能量就越大， 属内自由电子获得的能量就越大，光电子的初动能也应 该越大。与实验规律二矛盾！ 该越大。与实验规律二矛盾！ •光的波动理论：如果入射光的频率较低，总可以用增 光的波动理论：如果入射光的频率较低， 光的波动理论 大振幅的方法使入射光达到足够的能量， 大振幅的方法使入射光达到足够的能量，以便使自由 电子获得足以逸出金属表面的能量。不应该存在入射 电子获得足以逸出金属表面的能量。 光的频率限制。与实验规律三矛盾！ 光的频率限制。与实验规律三矛盾！ •光的波动理论：因为自由电子从入射光那里获得能量 光的波动理论： 光的波动理论 需要一个积累的过程，特别是当入射光的强度较弱时， 需要一个积累的过程，特别是当入射光的强度较弱时， 积累能量需要的时间较长。与实验规律四矛盾！ 积累能量需要的时间较长。与实验规律四矛盾！
大学物理12-2光电效应
就连量子物理创始人普朗克也认为太过分 了。他在1907年给爱因斯坦的信中写到： “我为基本量子（光量 子）所寻找的不是它在 真空中的意义，而是它 在吸收和发射地方的意 义，并且我认为真空中 过程已由麦克斯韦方程 作了精辟的描述”。直 到1913年他还对光子持 否定态度。
§2.光电效应光的波粒二象性 / 四、爱因斯坦方程
I Im2 I m1
光强大 光强小
I
大
小
U0 o
U
不变
§2.光电效应光的波粒二象性 / 一、实验规律
o
U
光强不变
② 截止频率0 ----红限 •当入射光频率 > 0 时，电子才能逸出金属表面；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
•当入射光频率 < 0 时，无论光强多大也无电
子逸出金属表面。
| U0|
③ 当 > 0 时，
Cs K Cu
§2.光电效应光的波粒二象性 / 一、实验规律 金
1. 光电效应实验 光线经石英窗照
W 石英窗
在阴极上，便有电子 阳极 A 逸出----光电子。
K 阴极
光电子在电场作用下 形成光电流。
将换向开关反接，电 场反向，则光电子离 开阴极后将受反向电 场阻碍作用。
G V
§2.光电效应光的波粒二象性 / 一、实验规律
0
6.3 1.6 10 19 6.6 10 34
9.6 1014 Hz
§2.光电效应光的波粒二象性 / 四、爱因斯坦方程
例2：钾的截止频率0 =4.621014Hz，以波 长=435.8nm的光照射，求钾放出光电子
的初速度。
解：
Ek0 W
h
1 2
mV 2
h 0
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红光
●
存在着遏止电压 使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压
1 2 me vc eU c 2
光电子的能量只与入射光的频率有关。
红光
●
存在着截止频率 入射光的频率低于截止频率（ c ）时不发生 光电效应。 光电效应具有瞬时性
●
红光
2.光电子 光电效应中逸出的电子称为光电子。 3.光电流 光电子定向移动形成 的电流叫光电流。
二、光电效应的实验规律
1.器材：如右图
2.原理： （1）光的强度。 （2）光的颜色由频率决定。 3.步骤： ①用强度较小的黄光照射K极 ②调节滑动变阻器的滑片，使A、K两极间电压 U增大，记录电压表和电流表示数变化情况。
光的粒子性
第一课
一、光电效应
用与毛皮磨擦过的橡 胶棒接触不带电的锌板 使其带上负电(注意锌 板与验电器相连），使 验电器张角达到一定程 度。再用紫外线灯照射 该擦得很亮的锌板。
现象：验电器的指针张角先变小后变大。 结论：表明锌板在光线照射下失去电子而 带正电。
1.光电效应 照射到金属表面的光，能使金属中的电 子从表面逸出，这个现象称为光电效应。
把电源正负极对调，调节滑 动变阻器的滑片，使AK两极 间电压U增大，记录电压表 和电流表示数变化情况。 ③用强度较大的黄光照射K 极，重复②的操作。
④用蓝光照射K极，重复②的操作。 ⑤用红光照射K极，重复②的操作。
4.数据：
红光
5.数据分析： ● 存在着饱和电流 对于一定颜色的光，入射光