光电效应康普顿效应优秀课件

交给电子。只要光子频率大于截止频率，电子就能立 即逸出金属表面，无需积累能量的时间，与光强无关。
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一般处理光电效应的问题，要用到以下几个关系：
h
1m 2
vm2
A
|Ua|kU0,
（爱因斯坦光电效应方程）
截止电压与入射光 强无关，而与入射光频 率具有线性关系。
e|Ua | 12mm2 ax
12mm 2 axekeU0
光电效应康普顿效应优秀课件
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一、光电效应
１、现象
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。
光电效应是在1888年，赫兹做验证电磁波的实 验中发现的。
•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
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实验表明：
|Ua|kU0,
U a CsK Cu
式中 K 和U0 都是正数，K 是
o
一个普适恒量，不随金属的种类
而变；U0对同一种金属是一个恒
U0
量，不同金属U0的值不同，即与
金属的种类有关。
e|Ua|ekeU 0,
即:为 1 2mm 2 axekeU 0,
表明：光电子逸出时的最大初动能随入射光的频率线性
A h
h12mem2h0
2h me
c
0
29 .1 6.6 1 110 3 0 314 43 3 . 81 51800 94.6 21104
5.7 2150 m /s 15
５、光的波粒二象性
光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、 偏振现象。
光在与物质发生作用时表现出粒子性ε＝ h ν ，如 光电效应，康普顿效应。
增加，而与入射光的强度无关。
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3）产生光电效应的条件（截止频率0 ——红限）
要产生光电效应，必须有：
1 2mm 2 axek eU 00, 即:
U0 , 令:
k
0
U0 k
,
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。
截止频率与材料有关与光强无关。
对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率0 。 而当入射光频率 < 0 时，无论光强多大也无电
经典物理解释光电效应遇到的困难在于它仅看
到了光的波动性，爱因斯坦在光与物质相互作用的 过程中应用了光的粒子性，因而成功地解决了这个 难题。
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 。其中 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。
一束频率为 ν 单色平
行光的光强，等于单位时
间垂直通过单位横截面积
的光子数N与每一光子能
量h 的乘积。 INh
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2、 爱因斯坦光电效应方程
释放的光电子仍留在材料内部，使材料的导电性增强，
这被称为内光电效应。
2
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，从金属表面逸出来的光 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）产生光电子的条件是什么； ４）如何从理论上解释光电效应。
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2、光电效应的实验规律
ekh
U0
A e
0
A AU0 h ek k
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例：铂的逸出功为6.3eV，求：铂的截止频率0 。
解：
0
A h
1eV 1.611 0J 9
0
6.31.61019 6.61034
9.61014Hz
例：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：Ek0A 0
相对论能量和动量关系
2 p2c202
光子 00, pc
h h
p
cc 光子能量和动量为： h
P h h c
上两式左边是描写粒子性的 ε 、P；右边是描写波动
性的 、。 h 将光的粒子性与波动性联系起来。
波粒二象性是客观物质的共同属性。
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h
Ph/
─光的波粒二象性
光具有波动性，又有粒子性，即具有波粒二象性。
为光电子的最大初动能。
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3、光电效应的解释
h
1 2
mm2
A
１） 截止频率0 （红限）的解释
Ek0 0 , hA0,
0
A h
hA,
A h
0
不同金属具有不 同的截止频率。
当入射光频率 > 0 时，电子才能逸出金属表面，
产生光电效应。
２） Ek0 , | Ua | 的解释
由
Ek0 e|Ua |
hA 可知，Ua
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。
W石英窗
阳A
极
K阴
极
A V
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光电效应的实验规律： １）光电流与入射光强的关系
饱和光电流强度与入射 光强度成正比。
I饱和 Ne
im2 i im1
Ua o
I2 I1
I2 I1
U
所以，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。
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２）光电子初动能与入射光频率的关系
光电流恰为0时所加的反向 电压 Ua 称为截止电压。
当 K、A 间加反向电压，光
im2 i im1
o 电子克服电场力作功。当逸出时 Ua
初速度最大的光电子也不能到达
I2 I1
I2 I1
U
阳极，光电流就为0，满足：
Ekmax12mmax2 e|Ua |
截止电压的大小反映光电子初动能的大小。
子逸出金属表面。
４）光电效应是瞬时的。
当光照射到金属表面上时，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。 8
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为了解释光电效应，1905年爱因斯坦在普朗克能量子假说 的基础上提出光量子假设。
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。
h
e
A e
初动能及反向截止电压与 成正比，而与光强无关。
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３）光电流正比于光强的解释
Ｉ＝Ｎh 。光强正比于单位时间流过单位面积的光子
数。光强越大，光子数越多。
金属内电子吸收一个光子可以释放一个光电子。 光强越大，光电子越多，光电流越大。
４）光电效应瞬时性的解释
光子与电子发生作用时，光子一次性将h 的能量
在光电效应中，金属中的一个电子吸收一个
光子后，就获得 h 的能量，
一部分用于电子逸出金属表面时需克服金属阻
力需做的功Ａ（逸出功）。
另一部分变为光电子的初动能 Ek0 。由能量守 恒可得出：
h 12mm2 A （爱因斯坦光电效应方程）
式中：A为电子逸出金属表面所需作的功，称为逸出
功；EK0
1 2
mm2