18-(4-5)光电效应_爱因斯坦方程..pptVIP

光电效应 社会应用--图像传感器 能源 碰撞前：左 碰撞 后：右 依余弦定理 X (1)式 能量 动量 式（3）2-（5）得： 即： 即： (m) (?) ….(11) ….(10) -- 康普顿波长 X 只有当入射波长?0与?c可比拟时，康普顿效应才显著，因此要用X射线才能观察到。 讨论： (1)上式与实验符合得很好，波长偏移??与散射物质无关， 仅决定于散射角?。散射光子能量减小 (2) 散射光中有原入射波波长是光子和束缚很强的电子 （即整个原子）相互作用的结果。 铅球 (3) 原子质量小的物质，原子对电子的束缚也较小，相对 而言，自由电子多，康普顿散射强。 乒乓球 这是因为光子还可与石墨中被原子核束缚 为什么康普顿散射中还有原波长?0 呢？ 光子和整个原子碰撞。 内层电子束缚能103~104eV，不能视为自由， 而应视为与原子是一个整体。 所以这相当于 ∵ 即 散射光子波长不变，散射线中还有与原波 ∴ 在弹性碰撞中，入射光子几乎不损失能量， 得很紧的电子发生碰撞。 长相同的射线。 1、为什么康普顿效应中的电子不能像光电效应 三、讨论几个问题 违反相对论！ 自由电子不能吸收光子，只能散射光子。 那样吸收光子，而是散射光子？ 上述过程不能同时满足能量、动量守恒。 假设自由电子能吸收光子，则有 因此： 2、为什么在光电效应中不考虑动量守恒？ ∴光子 ? 电子系统仍可认为能量是守恒的。 在光电效应中，入射的是可见光和紫外线， 光子能量低，电子与整个原子的联系不能忽略， 原子也要参与动量交换，光子 ? 电子系统动量 不守恒。 但原子质量较大，能量交换可忽略， 3、为什么可见光观察不到康普顿效应？ 可见光光子能量不够大，原子内的电子不 能视为自由，所以可见光不能产生康普顿效应。 * 18-4 光电效应 爱因斯坦方程 在一定频率光的照射下，金属或其化合物表面发出电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。 赫兹 德国物理学家赫兹（Heinrich Rudolf Hertz，1857-1894）1887年在实验中首次发现了光电效应。 德国物理学家普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck，1858-1947）在1900年创立了量子假说，即物质辐射（或吸收）的能量只能是某一最小能量单位（能量量子）的整数倍。他引进了一个物理普适常数，即普朗克常数，是微观现象量子特性的表征。 普朗克 一 历史背景 德国科学家爱因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）在普朗克的量子假设基础上，给出了光电效应方程，成功解释了光电效应的全部实验规律。（获1921年诺贝尔物理学奖） 1916年美国物理学家罗伯特·密立根(Robert Andrews Millikan,1868～1953)历经十年，发表了光电效应实验结果，验证了爱因斯坦的光量子说。（获1923年诺贝尔物理学奖） 密立根 爱因斯坦 二 光电效应 实验规律： 光照射在金属K上，有电子逸出，在电场作用下飞向阳极A，成为光电流iP。 U 饱和 电流 遏止电压 Ua V A 入射光强度 饱和：从K射出的电子全部飞向 阳极A，形成饱和电流。 设单位时间从K飞出n个电子， 则： 经典物理的解释：电子从金属中逸出要克服阻力作功。光强越大，光振辐E0越大，受强迫的电子振动动能越大，能克服阻力逸出金属表面的电子越多。故与光强成正比。 1 第一定律：单位时间从金属表面逸出的光电子数目与入射光强IS成正比。 U 实验表明：当U=0，乃至U0时，即电场阻止电子飞向阳极，但仍有电子飞向阳极，说明光电子有初动能。 当反向电压增至一定值Ua时，光电流 Ua称为遏止电压 2 第二定律：光电子数的最大初动能随入射光的频率增大而线性增大，而与入射光强度无关。 说明初动能最大的电子也不能到达阳极。 U Ua 电子的初动能： 实验还表明：光电子的最大初动能(遏止电压)随与入射光频率增大而线性增大，与入射光的强度无关。 ν ν0 式中： U0 -- 决定于金属性质 k -- 与金属性质无关 的普适恒量 U Ua3 Ua2 Ua1 ? 红限频率 入射光频率要大于U0 / k 才能产生光电效应。 注意： (1)每种金属都有各自对应的红限频率。 逸出功 逸出功：电子逸出物体表面所需要的最小能量A=eU0。 3 第三定律：当光照射到某一给定的金属时，无论光的强度如何，小于红限频率的入射光都不能产生光电效应。 金属 截止频率 4.545 5.50 8.065 11.53 铯 钠 锌 铱 铂