文档介绍：第2节光电效应和康普顿效应
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汇报人：第2节光电效应和康普顿效应
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汇报人：视觉设计
部门：创意设计部
1887年赫兹发现了光电效应。
当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。
如带电小锌球在紫外线照射下会失去负电荷带上正电。
由于金属表面的电子吸收外界的光子， 克服金属的束缚而逸出金属表面的现象。
一、光电效应
由于半导体表面的电子吸收外界的光子， 使其导电性能增强的现象。
外光电效应
内光电效应
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阳极
阴极
石英窗
光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。
光电子在电场作用下形成光电流。
将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。
1. 光电效应实验
当 K、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 U0 时，光电流恰为0。 U0称反向遏止电压。
光电子动能转换成电势能
截止电压的大小反映光电子初动能的大小。
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阳极
阴极
石英窗
2. 光电效应实验规律
①.光电流与光强的关系
饱和光电流强度与入射光强度成正比。
②.截止频率0 ----红限
对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率0 。
当入射光频率 > 0 时，电子才能逸出金属表面；
当入射光频率 < 0 时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。
当 > 0 时，
与光强无关。
光电子初动能
反向遏止电压
光电流正比于光强。
③光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间<10-9s。
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经典理论无法解释光电效应的实验结果。
经典认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。
光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只要频率高于红限，既使光强很弱也有光电流；频率低于红限时，无论光强再大也没有光电流。
光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。
为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。
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光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为 的光是由大量能量为 =h 光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。
在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功A，另一部分变为光电子的动能 Ek0 。由能量守恒可得出：
式中：A为电子逸出金属表面所需作的功，称为逸出功； 为光电子的最大初动能。
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初动能及反向遏止电压与 成正比，而与光强无关。
（2）
的解释
由
可知，
（1）截止频率0 （红限）的解释
当入射光频率 > 0 时，电子才能逸出金属表面，产生光电效应。
不同金属具有不同的截止频率。
（3）光电流正比于光强的解释
光强正比于单位时间流过单位面积 的光子数。光强越大，光子数越多。
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（4）光电效应瞬时性的解释
电子吸收光子时间很短，只要光子频率大于截止频率，电子就能立即逸出金属表面，无需积累能量的时间，与光强无关。
爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。
例1：，求铂的截止频率0 。
解：
金属内电子吸收一个光子可以释放一个光电子。光强越大，光电子越多，光电流越大。
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例2：钾的截止频率0 =1014Hz，以波长=，求钾放出光电子的初速度。
解：
美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。