选修3-5原子物理讲义

光电效应:光照射金属板时,可以使金属板发射电子的现象。

右图中,锌板带正电,验电器也带正电。

光电效应中,金属板发射出来的电子叫光电子,光电子的定向移动可以形成光电流。

相关知识:电磁波按照频率依次增大(波长依次减小)的顺序排列:

无线电波→红外线→可见光→紫外线→x射线→γ射线

可见光又分为7中颜色:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。

光的频率和颜色是对应关系,一个频率对应一种光的颜色。单色光就是单一频率的光。

光照强度:单位时间内照射到单位面积上的光的能量。(光线和接收面垂直时)

通俗讲,光照强度大就是光线密集的意思。房间里开一盏灯时没有开两盏灯光照强度大。

光电效应的规律:(右图为研究光电效应的电路图)

1. 光电管中存在饱和电流。当光照强度、光的颜色一定时,光电流随着AK极之间的电压增大

而增大,但是当电压增大到一定程度以后,光电流就不再增大了,光电流能达到的最大值叫饱和

电流。

控制光的颜色,饱和电流与光照强度有关,光照越强则饱和电流越大。

2. 光电管两端存在着遏止电压。当A、K极之间电压为零时,光电流并不为零。当在A、K极

加反向电压时,即A极为负极板,K极为正极板时,光电子在两极之间减速运动。反向电压越大,光电流越小,当反向电

压达到某一值时,光电流消失,能够使光电流消失的反向电压叫遏止电压,用UC表示。

遏止电压与光照强度无关,只与入射光的频率有关,频率越大则遏止电压越大。

右图中,甲乙丙三种光的频率大小关系?

甲、 乙的光照强度大小关系?

3. 金属能否发生光电效应取决于入射光的频率,与光照强度和光照时间无关。

当入射光的频率低于某一值时,无论光照多强,时间多长都不会发生光电效应。而这一值叫做截止频率,又叫极限频率,用

νc表示。

4. 如果入射光的频率超过了截止频率,无论光照强度多么弱,发生光电效应仅需10-9s。

爱因斯坦为了解释光电效应,提出了光子说:

1. 在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量E=hν。ν指光的频率。

2. 金属中的自由电子吸收光子能量时,必须是一次只能吸收一个光子,而且不能累计吸收。

3. 光子不能再分,自由电子吸收光子时要么是全部吸收,要么不吸收。

4. 自由电子吸收光子仅需10-9s。

光子说对光电效应的解释:

1. 当光照颜色一定时,光照越强,则单位时间内照射到金属上的光子数越多,光子数越多则发射出来的光电子数越多。

所以光电流就越大。当A、K极间的电压大到一定程度后,所有的光电子都能从K极到达A极,出现了饱和电流。光照越

强,光子数、光电子数相应越多,则饱和电流增大。

2. 自由电子吸收了光子能量后,能够从金属内部逃逸出来。自由电子从金属中逃逸出来的过程中,要克服原子核对它的

引力做功。自由电子从金属中逃逸出来的过程中所要克服引力所做功的最小值,叫金属的逸出功,用W0表示。逸出功是由

金属本身决定的,不同的金属有不同的逸出功。

若要自由电子能够从金属中逃逸出来,则自由电子吸收的光子能量E=hν必须大于金属的逸出功W0 。

因此金属存在着截止频率,hνc= W0 。当光子能量hν> W0 时,才能发生光电效应。

电子从金属中逃逸出来后剩余的动能,由能量守恒定律可知:EK=hν-W,其中W指自由电子逃逸过程中克服引力做的功,

当W最小时,电子剩余的动能则越大,所以,电子的最大初动能EKm=hν-W0。

3. 在光电管中,当在、K极加反向电压时,电场力对电子做负功,当反向电压达到遏止电压

UC时,光电子恰好不能到达A极。如右图,A极接电源负极。

则遏止电压UC满足:-eUC=0-EKm= hν-W0 ,所以,遏止电压只

与入射光的频率有关,与光照强度和光照时间无关。

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