1、,什么是光电效应？,光电效应的理论发展历史怎样？,光电效应的分类。,光电效应的实验现象与规律。,为什么会出现这些现象？,光电效应有那些应用呢？,现在是否还有什么问题？,什么是光电效应,当波长较短的可见光或紫外光照射到某些金属表面上时,金属中有电子逸出的现象。（Photoelectric effect）,光电效应的理论发展历史,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作用。 1887年，首先是赫兹（M.Hertz）在证明波动理论实验中首次发现的。当时，赫兹发现，两个锌质小球之一用紫外线照射，则在两个小球之间就非常容易跳过电花。 大约1900年， 马克思普朗克（Max
2、Planck）对光电效应作出最初解释，并引出了光具有的能量包裹式能量（quantised）这一理论。 他给这一理论归咎成一个等式，也就是 E=hf ， E就是光所具有的“包裹式”能量， h是一个常数，统称布兰科（普朗克）常数（Plancks constant）， 而f就是光源的频率。 也就是说，光能的强弱是有其频率而决定的。但就是布兰科（普朗克）自己对于光线是包裹式的说法也不太肯定。 1902年，勒纳（Lenard)也对其进行了研究，指出光电效应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从表面逸出的现象。但无法根据当时的理论加以解释 ； 1905年，爱因斯坦26岁时提出光子假设，成功解释了光电效应，因
3、此获得1921年诺贝尔物理奖。他进一步推广了布兰科的理论，并导出公式，Ek=hf-W，W便是所需将电子从金属表面上自由化的能量。而Ek就是电子自由后具有的动能。,光电效应的分类,光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。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。,在光电效应中逸出的电子称为光电子。,光电子由阴极K运动到阳极A所产生的电流光电流,三、实验定律：,当入射光频率 和强度不变时，加速电压V增大则光电流 I 值增大；光电流 I 有一饱和值，此时单位时间内由阴极逸出的光电子全部到达阳极。若单位时间内逸出的光电子数为 n，则 I 饱和值Im=
4、 ne,伏安特性曲线,1. 饱和光电流与入射光光强的关系,结论1：单位时间内电极上逸出的光电 子总数和入射光光强成正比 .,实验指出：饱和光电流和入射光光强成 正比。,2 .遏止电压,(1),结论2：光电子从金属表面逸出时具有一定的动能，最大初动能与入射光的强度无关，而只与入射光的频率有光。频率越高，光电子的能量越大。,反向电压加至Ua时光电流为零，称Ua为遏止电压。遏止电压的存在说明光电子具有初动能:,实验表明：遏止电势差Ua 与光强度无关。,3. 存在遏止频率（又称红限频率）,遏止电势差与频率的关系,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。,(2),要使光所照射的金属释放
5、电子，入射光的频率必须满足：,红限（遏止频率）,结论3：光电子从金属表面逸出时的最大初动能与入射光的频率成线性关系。当入射光的频率小于0 时，不管照射光的强度多大，不会产生光电效应。,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10-9s 。,实验事实与经典波动理论的矛盾,经典波动理论无法解释光电效应的实验规律,按波动观点：,A、逸出表面的光电子的初动能取决于入射光的强度；光愈强，传给 电子的能量越大，光电子获得的初动能就愈大。,与实验规律二矛盾：与入射光强无关，只随频率线性增加。,B、只要光强足够大，任何频率的入射光均可产生光电子。,C
6、、电子从入射光中获得足够的能量以挣脱束缚逸出表面，必须要一 定的时间积累。光愈弱，积累时间越长。,与实验规律四矛盾：入射与产生光电子（光电流）同时。,与实验规律三矛盾：只有频率大于阈频率 0的入射光才能产生光电子。,爱因斯坦认为:光是由一个个的、以光速c运动的粒子组成的粒子流，这种粒子称为光子，频率为的光的每个光子能量为=h，它不能再分割，而只能整个地被吸收或产生出来。,金属中的自由电子吸收一个光子后，就获得能量h，如果h大于该金属的电子逸出功（电子脱离金属表面时克服表面阻力所需做的功），这个电子就可从金属中逸出，这些能量一部分用于克服逸出功，一部分转化为光电子的动能。,爱因斯坦光电效应方程,
7、三、爱因斯坦光子假说,即：,爱因斯坦对光电效应的解释,二 从方程可以看出光电子的初动能和照射光的频率成线性关系。,三 从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到红限频率。,一 光强度大，光子数就多，释放的光电子也多，饱和光电流也相应增加。,四 只要入射光的频率大于红限，光电子的逸出不需要时间累积。,光电效应的应用,利用光电效应还可以制造多种光电器件，如光电倍增管、电视摄像管、光电管、电光度计等，基于外光电效应原理工作的光电器件有光电管和光电倍增管。,这里介绍一下光电倍增管。这种管子可以测量非常微弱的光。右下图是光电倍增管的大致结构，它的管内除有一个阴极K和一个阳极A外，还有若干个倍增电极K1、K
8、2、K3、K4、K5等。使用时不但要在阴极和阳极之 间加上电压，各倍增电极也要加上电压，使阴极电势最低，各个倍增电极的电势依次升高，阳极电势最高。,光电管,光电倍增管,这样，相邻两个电极之间都有加速电场，当阴极受到光的照射时，就发射光电子，并在加速电场的作用下，以较大的动能撞击到第一个倍增电极上，光电子能从这个倍增电极上激发出较多的电子，这些电子在电场的作用下，又撞击到第二个倍增电极上，从而激发出更多的电子，这样，激发出的电子数不断增加，最后后阳极收集到的电子数将比最初从阴极发射的电子数增加了很多倍（一般为105108倍）。因而，这种管子只要受到很微弱的光照， 就能产生很大电流，它在工程、天文
9、、军事等方面都有重要的作用。,现在要研究天文、宇宙的起源，不管用什么样的天文显微镜，最后都有摄像的基本单元，都是要利用所谓的光电效应。现在都讲数字地球，这是全球定位系统，对海洋资源、陆地资源等等定位。在空间要对地球进行定位，最基本的必须要有一个非常灵敏的光电探测器。风云2号照出来的地球气象图，每天在晚上七点半的时候，中央气象台总是会发布云图的变化。 无论是在海湾战争还是什么，美国非常厉害的就是转幅式的巡航导弹。转幅式的巡航导弹一般是怎么瞄准目标的？事先把轰炸的目标拍照下来存在计算机里，发射以后，光电导引头上用1064纳米的激光辐射，打到地面上以后反射回来，摄取了它的图像。把现场拍到的图像跟存在计算机的图像进行比较，如果是对的，那就是说找到了目标。如何预防巡航导弹也是非常重要的。如果能够在十公里、二十公里以外，就能够探测到巡航导弹发射的1064纳米辐射，这是一个波长，就可以摧毁它。所以光电探测器在军事上是非常有用的。,还存在的问题,为什么能量一定要量子化？为什么普朗克常数会是这个特定值？?这50年的沉思，并没有使我更接近什么是光量子（光子）这个问题的解决 爱因斯坦,作为物理人，我们的机会和责任！让我们为之奋斗吧！,谢谢大家,
