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(共12张PPT)
光电效应 爱因斯坦光子假说
光电效应 爱因斯坦光子假说
主要内容：
1. 光电效应的实验规律
2. 爱因斯坦光子假说 和光电效应方程
3. 光的波粒二象性
4. 光电效应的应用
瑞利 — 金斯公式
(1900年)
经典电磁理论和能量均分定理
维恩公式(1896年)
(热力学和麦克斯韦分布率)
普朗克公式和能量量子化假设
MB

实验曲线
普朗克公式(1900年)（热力学方法）
普朗克常数 h = 6.626×10-34 J·s
为了从理论上得到这一公式，普朗克提出了能量量子化假设.
0
伏安特性曲线
光电效应的实验规律
1. 饱和电流 iS
2. 遏止电压 Ua
iS :单位时间 阴极产生的光电子数…
∝ I (光强)
iS1
iS2
I1
I2
-Ua
U
i
I1>I2
K
A
A
U
i
(实验装置原理图)
遏止电压 Ua与光强无关。
遏止电压 Ua与光的频率 成线性关系
（ 一定）
0
当入射光的频率 小于某最小频率 0时，无光电效应发生.
3. 截止频率 0
遏止电压与频率关系曲线
式中 K 是与材料无关的普适恒量。
4. 即时发射:
迟滞时间不超过 10-9s
K
A
A
U
i
(实验装置原理图)
经典物理无法解释光电效应实验规律
电子在电磁波作用下作受迫振动，直到获得足够能量(与
光强 I 有关) 逸出，不应存在红限 0 .
当光强很小时，电子要逸出，必须经较长时间的能量积累.
只有光的频率 0 时，电子才会逸出.
逸出光电子的多少取决于光强 I .
光电子即时发射，滞后时间不超过 10–9 s.
总结
光电子最大初动能和光频率 成线性关系.
光电子最大初动能取决于光强，和光的频率 无关.
爱因斯坦光子假说 光电效应方程
光是光子流 ，每一光子能量为 h ，电子吸收一个光子
（A 为逸出功）
单位时间到达单位垂直面积的光子数为N，则光强 I = Nh .
I 越强 , 到阴极的光子越多, 则逸出的光电子越多.
电子吸收一个光子即可逸出，不需要长时间的能量积累.
光频率 > A/h 时，电子吸收一个光子即可克服逸出功 A
逸出 ( o= A/h) .
结论
光电子最大初动能和光频率 成线性关系.
图为某种金属的光电效应实验曲线.试根据图中所给数据求出普朗克常量和该金属材料的逸出功.
例
解
和
对照实验曲线，普朗克常量为
该金属材料的逸出功为
由爱因斯坦光电效应方程
得
0
一铜球用绝缘线悬挂于真空中，被波长为 =150 nm 的光照射.已知铜的逸出功为 4.5eV.
铜球失去电子后带正电，电势升高，使束缚电子的势垒也升高，设铜球表面的电势为U ，逸出电子的速度为v ，铜的逸出功为A，爱因斯坦光电效应方程为
逸出电子的最大动能为零时，铜球电势达最高U max，有
解
例
铜球因失去电子而能达到的最高电势.
求
光子动量
光的波粒二象性
光子能量
光子质量
粒子性
波动性
光电效应的应用
光电管: 光电开关, 红外成像仪,光电传感器等
光电倍增管: (微光)夜视仪
测量波长在 200~1200 nm 极微弱光的功率
光电倍增管
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
1 氢 2 氦 H He 1 2
3 锂 4 铍 Li Be 2 2 1 2
5 硼 6 碳 10 氖 B C Ne 2 2 2 2 2 2 1 2 6
13 铝 14 硅 18 氩 Al Si Ar 2 2 2 2 2 2 6 6 6 2 2 2 1 2 6
19 钾 20 钙 K Ca 2 2 2 2 6 6 2 2 6 6 1
2
21 钪 Sc 2 2 6 2 6 1 2
4s 能级
低于
3d 能级
D = n + 0.7 l
部分原子的电子排列

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