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N9P? 光电效应
n]he-NHP (1)概述
eYx Kp!f [$[:"N_ 金属表面在光辐照作用下发射电子的效应,发射出来的电子叫做光电子。光波长小于某一临界值时方能发射电子,即极限频率和极限波长。临界值取决于金属材料,而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关,这一点无法用光的波动性解释。还有一点与光的波动性相矛盾,即光电效应的瞬时性,按波动性理论,如果入射光较弱,照射的时间要长一些,金属中的电子才能积累住足够的能量,飞出金属表面。可是实是,只要光的频率高与金属的极限频率,光的亮度无论强弱,光子的产生都几乎是瞬时的,不超过十的负九次方。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。这种解释为爱因斯坦所提出。光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现,对发展量子理论起了根本性在光的照射下,使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应(Photoelectric effect)。 光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏打效应。前一种现象发生在物体表面,又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部,称为内光电效应。
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I!^O)4QRx QY= = GfHt (2)说明
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.bio7c6 ①光电效应的实验规律。
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a.阴极(发射光电子的金属材料)发射的光电子数和照射发光强度成正比。
B#9{-t3Vf X1~1&:V,< b.光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关。这就是说,光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。
4[N^>qt = }f2r!7:x c.仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时,物体才能发出光电子,这个频率蛳叫做极限频率(或叫做截止频率),相应的波长λ。叫做红限波长。不同物质的极限频率”。和相应的红限波长λ。是不同的。
0Fu~%~#E$ 8_N]e'WUh 几种金属材料的红限波长
H/}]FmjN y|wc,n%L> 金 属 铯 钠 锌 银 铂
{s;U~!3aY *g^x*|f6 红限波长(埃) 6520 5400 3720 2600 1960
Z(Jt~a3o m^qBxA d.从实验知道,产生光电流的过程非常快,一般不超过lOe-9秒;停止用光照射,光电流也就立即停止。这表明,光电效应是瞬时的。
XC+A_"w) T1H"\+ ②解释光电效应的爱因斯坦方程:根据爱因斯坦的理论,当光子照射到物体上时,它的能量可以被物体中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量hυ后,能量增加,不需要积累能量的过程。如果电子吸收的能量hυ足够大,能够克服脱离原子所需要的能量(即电离能量)I和脱离物体表面时的逸出功(或叫做功函数)W,那末电子就可以离开物体表面脱逸出来,成为光电子,这就是光电效应。
tsk)zP,< [n}T|< 爱因斯坦方程是
Pi|o` d 63A}TBC hυ=(1/2)mv2+I+W
j)q\9#sI/( Po%(~ )S> 式中(1/2)mv2是脱出物体的光电子的初动能。
D+>1]ij ZK)%l~J 金属内部有大量的自由电子,这是金属的特征,因而对于金属来说,I项可以略去,爱因斯坦方程成为
c%qv9 Rn@#d} hυ=(1/2)mv2+W
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g&{9VK6. 假如hυ<W,电子就不能脱出金属的表面。对于一定的金属,产生光电效应的最小光频率(极限频率) υ0。由
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