光电效应
什么是光电效应介绍光电效应的应用
什么是光电效应介绍光电效应的应用知识点：什么是光电效应及其应用光电效应是物质在光照射下发生的一种物理现象。
当光子（光的粒子）的能量大于或等于物质表面电子所需的最小能量时，电子会被激发并从物质表面逸出。
这个现象被称为光电效应。
光电效应的基本原理可以归结为以下几个关键点：1.光的波动性：光电效应揭示了光的粒子性。
光既可以看作波动，也可以看作由光子组成的粒子流。
2.光子能量：光子的能量与其频率成正比，与光的强度无关。
当光子的能量大于或等于电子的逸出功时，光电效应会发生。
3.逸出功：逸出功是指电子从物质表面逸出所需的最小能量。
不同物质的逸出功不同，因此对光的敏感度也不同。
4.光电效应方程：爱因斯坦提出了光电效应方程，描述了光子能量、电子逸出功和电子动能之间的关系。
方程为E = hν - W，其中 E 表示电子的动能，h 表示普朗克常数，ν 表示光的频率，W 表示逸出功。
光电效应的应用非常广泛，以下是一些重要的应用领域：1.太阳能电池：太阳能电池利用光电效应将光能转换为电能，为人类提供了清洁、可再生能源。
2.光电器件：光电器件如光敏电阻、光敏二极管等，利用光电效应实现光信号与电信号的转换。
3.激光技术：激光是一种特殊的光，具有高度的相干性和方向性。
激光技术在医疗、通信、测量等领域发挥着重要作用。
4.光电探测器：光电探测器可以将光信号转换为电信号，广泛应用于光电通信、天文观测等领域。
5.光电子计算机：光电子计算机利用光信号进行信息处理和传输，具有高速、大容量、低能耗等优点。
6.光电效应在科学研究中的应用：光电效应不仅在物理学领域具有重要意义，还广泛应用于化学、生物学、材料科学等领域的研究。
了解光电效应及其应用，有助于我们深入理解光的性质，以及光与物质相互作用的机理。
这些知识对于培养学生的科学素养和创新能力具有重要意义。
习题及方法：1.习题：一束光照射到某种金属上，如果光的频率为5×10^14 Hz，该金属的逸出功为2.3 eV，求该束光的最大光电子动能。
光电效应汇总
2 、光电效应的爱因斯坦方程
1 h mv 2 W 2
3、光电效应解释
(1)饱和光电流强度与光强成正比： 对于给定频率的光束来说，光的强度越大，表示光子的数 目越多，光电子越多，光电流越大。
1868 — 1953 1879 — 1955
爱因斯坦由于对光电效 应的理论解释和对理论 物理学的贡献， 获得 1921年诺贝尔物理学奖
(3)瞬时性。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 斯坦光子假说
1905年，爱因斯坦对光的本性提出了新的理论，认为光束可以 看成是由微粒构成的粒子流，这些粒子流叫做光量子，简称光 子。在真空中，光子以光速c 运动。一个频率为n的光子具有能 量e=hn
7.4 光电效应
1、光电效应的基本概念
当光照射到金属表面时，金属中有电子逸出的现象叫光电 效应，所逸出的电子叫光电子，由光电子形成的电流叫光电流， 使电子逸出某种金属表面所需的功称为该种金属的逸出功。 窗口 光束 2、研究光电效应实验装置 阴 阳 极 极
普朗克是该杂志的主编，他 对爱因斯坦的工作给予了高 度的评价
在普朗克获博士学位五十周年 纪念会上普朗克向爱因斯坦颁 发普朗克奖章
h W 1 2 U0 mv0 eU0 2 e e (4)光电效应的瞬时性： 当电子一次性地吸收了一个光子后，便获 得了 hn 的能量而立刻从金属表面逸出，没有 U 0 明显的时间滞后。
1 2 mv0 h W 2
eU0 h W
K U a
三、光电效应的应用 •光电管和固态光电探测器 •光电倍增管 •光控继电器 •光电导摄像管 •光敏电阻
密立根由于研究基本电荷 和光电效应，特别是通过 著名的油滴实验，证明电 荷有最小单位，获得1923 年诺贝尔物理学奖
光电效应
用弧光灯照射擦得很亮的 不带电的锌板，(注意用 导线与不带电的验电器相 连），现象：验电器指针 出现张角；当验电器张角 增大到约为 30度时，再用 与丝绸磨擦过的玻璃棒去 靠近锌板，则验电器的指 针张角会变大。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
1.定义： 在光(包括不可见光)的照射下，从金属表面逸
精确 实验 结论
当入射光的频率大于截止频率时，光 电流强度释光电效 应中前面几个结论、使光的 波动说遇到了无法克服的困 难，爱因斯坦在普朗克研究 的基础上，根据能量守恒定 律,提出“光量子”概念。简 称光子。他认为每一个光子 的能量为E =hv，h叫普朗克 常量，v为光的频率。 爱因斯坦 （1879—1955）
甲
实 验 结 果
即使入射光强度非常弱，只要入射光频 率大于极限频率，电流表指针也几乎随着入 射光照射立即偏转，精确实验表明，光电子 发射至光电流产最多相差10-9秒。
4、光电流强度的决定
按图装置，移动P使伏特表有一定 读数，用一定强度的光照射K，电流表 中有一定读数，这时改变K、A之间的 电压，使其增大，电流表显示光电流 在增大。但是，当K、A间电压足够大 后，电流表读数不再改变，这就是饱 和光电流。表明光电效应中产生的光 电子已能全部到达A极。所以升高电压 电流也不会再增大。此时若再增大照 射光强度，光电流会随之增大。
实 验 结 论
截止频率取决 于金属自身
任何一种金属，都有一个截止频率，入射光的频率必 须大于这个截止频率才能产生光电效应，低于这个频率的 光，无论光强怎样大，照射时间多长，也不能产生光电效 应。
2、光电子最大初动能
(1)最大初动能的概念 (2)最大初动能的测定 (3)最大初动能的结论
(1)最大初动能的概念
光电效应
1.光子：
2.爱因斯坦的光电效应方程
一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能
量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸 出后电子的初动能Ek，即：
h Ek W0
或 Ek h W0
Ek
1 2
mevc2
——光电子最大初动能
W0
——金属的逸出功
四.爱因斯坦的光量子假设
3.光子说对光电效应的解释
3、光电子的最大初动能
从阴极出发的光电子的最大初动能与入射光的频率成 线性关系。
由于电子受到金属表面层的引 力作用，电子要从金属中挣脱出 来，必须克服这个引力做功。使 电子脱离某种金属所做功的最小 值，叫做这种金属的逸出功。
最大初动能=电子吸收的能量-逸出功
存在遏止电压UC：使光电流减小到零的反向电压
以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以 无法用经典的波动理论来解释光电效应。
四.爱因斯坦的光量子假设
1.光子：
光本身就是由一个个不可分
爱 的爱 了光因启因斯子斯发坦说坦，他从割的普提的 光朗出能 的：克量 能的子 量能组 子量成 为子的h说ν。，中这频得些率到能为ν
量子后来被称为光子。
E h
四.爱因斯坦的光量子假设
C.在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光 的频率无关
D.任何一种金属都有一个极限频率，低于这个 频率的光不能发生光电效应
二.光电效应的实验规律
（1）存在饱和电流
光照不变，增大UAK，A表中电流达到 某一值后不再增大，即达到饱和值。
在光照条件一定时，单位时间内K发 射的电子数目是一定的。
实验表明：
三.光电效应解释中的疑难
1 .逸出功W0
温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到 金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出 来，必须克服这个引力做功。
光电效应
当入射光频率降低到0 时，光电子的最大初动能为零, 若入射光频率再降低，则无论光强多大都没有光电子产生，不 发生光电效应。0 称为这种金属的红限频率 (截止频率)。 （4）光电效应是瞬时发生的 实验表明，只要入射光频率 > 0 ，无论光多微弱，从光照 射阴极到光电子逸出，驰豫时间不超过 10-9 S ，无滞后现象。
二、经典物理学所遇到的困难
1、逸出功，初动能与光强、频率的关系
自由态 逸 出 功 束缚态
按照经典的物理理论，金属中的自由 电子是处在晶格上正电荷所产生的“势 阱”之中。这就好象在井底中的动物， 如果没有足够的能量是跳不上去的。
当光波的电场作用于电子，电子将从光波中吸取能量，克 服逸出功，从低能的束缚态，跳过势垒而达到高能的自由态， 并具有一定的初动能。
按照经典的波动理论，光波的能量应与光振幅平方成正比亦 即应与光强有关。因此，按经典理论，光电子的初动能应随入 射光强度的增加而增加。 但实验表明，光电子的初动能与光强无关，而只与入射光的 频率呈线性增加，且存在光电效应的频率红限。
2、 光波的能量分布在波面上，电子积累能量需要一段时 间，光电效应不可能瞬时发生。
2 ．实验规律 在散射的 X 射线中，除有波长与入射波长相同的射线外， 还有波长较长的成分。波长的偏移量为
h 2h 2 0 (1 cos ) sin m0 c m0 c 2
λ
0
：入射波波长，λ：散射波波长 康普顿散射的波长偏移与散射角的关系如下图所示
：散射角
从金属表面逸出的最大初动能,随入射光的频率 v 呈线性增加。
(3)只有当入射光频率大于一定的红限频率0 时，才会产生 光电效应。
1 2 mv m eU a 2
U a k U 0
光电效应
光电发射器件具有许多不同于内光电器件的特点：
1. 电发射器件中的导电电子可以在真空中运动，因此，可以通
过电场加速电子运动的动能，或通过电子的内倍增系统提高光电探
测灵敏度，使它能高速度地探测极其微弱的光信号，成为像增强器
与变相器技术的基本元件。 2. 很容易制造出均匀的大面积光电发射器件，这在光电成像器 件方面非常有利。一般真空光电成像器件的空间分辨率要高于半导 体光电图像传感器。
生电流的现象。
p Bh+
n As+
(a)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
e–
M etallurgical Junction
耗尽区
M E (x)
M
Neutral p-region
Eo
Neutral n-region
朩p
0
Wn
x
(e)
内建电场
M log(n), log(p) p po Wp Wn
(b)
Eo V(x)
Space charge region
下，将产生高密度的电子与空穴载流子，而遮蔽区的载
流子浓度很低，形成浓度差。 这种由于载流子迁移率
的差别产生受照面与遮
光面之间的伏特现象称 为丹培效应。
丹培效应产生的光生电压可由下式计算
KT n p n p n0 ln1 UD n p q n p 0 n 0 p
3. 光电发射器件需要高稳定的高压直流电源设备，使得整个探
测器体积庞大，功率损耗大，不适用于野外操作，造价也昂贵。 4. 光电发射器件的光谱响应范围一般不如半导体光电器件宽。
习题
光电效应
3、当入射光的频率大于极限频率时，光电流 强度与入射光的强度有关。
从光电管阴极射出的光电子具有一定的动能，
为了测量光电子的动能，可以在光电管的两个电
极上加上反向电压，如图所示，用于阻止光电子
到达阳极。
第二章 波粒二象性 第一节 光电效应
实验
一、光电效应
❖ 1.什么是光电效应? 物体在光的照射下发射电子的现象，
称为光电效应。发射出来的电子称为光电 子。
疑问：光电子的发射与什么因素有 关呢？为了研究这个问题，我们来 认识一种光学器件。
光电管
1.光电管就是利用光电效应把光信号转变 成电信号的一种传感器。
巩固练习
1、在演示光电效应的实验中，原来不带电 的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照 射锌板时，验电器指针张开一个角度，如图 所示，这时 ( B ) A．锌板带正电，指针带负电 B．锌板带正电，指针带正电 C．锌板带负电，指针带正电 D．锌板带负电，指针带负电
2、若用绿光照射某种金属板不能发生光电效 应，则下列哪一种方法可能使该金属发生光 电效应（ ）
❖ 4.光电流强度的决定因素：当入射光频率ν>ν0 时，光电流随入射光强度的增大而增大.
A．光电子的动能随照射光频率的增大而增大 B．光电子的初速度与照射光的频率成正比 C．光电子的最大初动能与照射光的频率成正比 D．光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大
6、用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电 子从阴极逸出时的最大初动能增大应（ ）
A．改用红光照射
B．增大绿光的强度
D
C．增大光电管上的加速电压
探究光电流的大小
物理学中的光电效应
物理学中的光电效应光电效应是物理学中最基本的现象之一，它被广泛应用于现代技术和科学研究中。
在本文中，我们将深入探讨光电效应的定义、原理和应用。
一、光电效应的定义光电效应指的是，当光线照射到某些物质表面时，该物质表面会释放出电子。
这些电子称为光电子，它们的释放是由光子的能量来驱动的。
光电效应的本质是光的粒子性，即光子是具有一定能量和动量的微观粒子。
光电效应是一个基本的物理现象，它的研究使人们更好地理解了光的本质和量子力学的基本规律。
在实际应用中，光电效应被广泛用于电子学、照相和医学等领域。
二、光电效应的原理光电效应的产生原理与光子的能量和物质内部的电子结构有关。
当光线照射到物质表面时，能量高的光子会使物质表面上的电子吸收光子的能量并跃迁到较高能级的轨道上。
当电子达到足够高的能量时，它们就能够克服束缚在物质内部的力，逃离原子表面成为自由电子。
这些被释放出来的电子称为光电子，它们的动能等于光子能量减去电子与物质表面脱离时需要克服的势能。
光电效应的原理可以通过光电离截面可视化，光电离截面正比于光子能量，即当光子能量大于物质表面的结合能时，就会发生光电效应。
三、光电效应的应用光电效应在现代科技和工程领域有着广泛的应用。
以下列举了几个实际的例子：1. 光电池光电池利用光电效应将太阳光转化为电能，是一个环保节能的新型能源。
太阳能电池就是应用了光电效应的光电池的一种。
2. 光电传感器光电传感器是一种能够将光电效应应用于传感器技术中的传感器。
它可以将光信号转化为电信号，从而实现各种物理量的测量。
例如，照度传感器就是一种可以通过光电效应测量光强度的传感器。
3. 照相机照相机也是一种应用了光电效应的技术。
当光线进入相机时，会穿过透镜并照射到相机内部的感光器上。
感光器会将光线转化为电信号，并将其保存在记忆卡中。
4. 医学应用光电效应还被应用于医学领域。
例如，拍摄X光照片时，X光线照射到人体内部的某些物质上，这些物质中的电子就会受到光的作用并释放出电子。
光电效应
式中(1/2)mv^2是脱出物体的光电子的初动能。
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hυ=(1/2)mv^2+W 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) u0。
由hυ0=W确定。
相应的极限波长为λ0=C/υ0=hc/W。
发光强度增加使照射到物体上的光子的数量增加，因而发射的光电子数和照射光的强度成正比。
算式在以爱因斯坦方式量化分析光电效应时使用以下算式：光子能量= 移出一个电子所需的能量+ 被发射的电子的动能代数形式： hf=φ+Em φ=hf0 Em=(1/2)mv^2 其中h是普朗克常数，h = 6.63 ×10^-34 J·s，f是入射光子的频率，φ是功函数，从原子键结中移出一个电子所需的最小能量，f0是光电效应发生的阀值频率，Em是被射出的电子的最大动能， m是被发射电子的静止质量，v是被发射电子的速度注：如果光子的能量（hf）不大于功函数（φ），就不会有电子射出。
功函数有时又以W标记。
这个算式与观察不符时（即没有射出电子或电子动能小于预期），可能是因为系统没有完全的效率，某些能量变成热能或辐射而失去了。
爱因斯坦因成功解释了光电效应而获得1921年诺贝尔物理学奖。
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍增管。
光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下来。
内光电效应当光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。
分为光电导效应和光生伏特效应（光伏效应）。
单光子光电效应我们常说的光电效应为单光子光电效应，每个电子同一时间只吸收一个光子。
多光子光电效应当单位体积内同时相互作用的能量子的数目大到使得发射光的能量子可以从几个入射能量子中取得能量，这就是多光子光电效应1931年，M．Göpper-Mayer用量子力学计算了辐射与原子系统的相互作用的问题，预言了在足够高的光强下，多光子吸收即多光子光电效应是存在的。
光电效应
光电效应实验装臵
光电伏安特性曲线
。
1899—1902年，勒纳德（P.Lenard，1862— 1947）对进行了系统的研究，并首先将这其称 为“光电效应”。勒纳德在电极间加一可调节 反向电压，直到使光电流截止，从反向电压的 截止值，可以推算电子逸出金属表面时的最大 速度。他总结出光电效应的一些实验规律。根 据动能定理qU=mv^2/2，可计算出发射出电子 的能量。可得出：hf=(1/2)mv^2+I+W
什么是光电效应？
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）在光电效应中逸出的电子 称为光电子。
光 电 效 应 示 意 图
一、光电效应的理论发展历史
光照射到某些物质上，引起物质的电性质发 生变化，也就是光能量转换成电能。这类光致 电变的现象被人们统称为光电效应 （Photoelectric effect）。这一现象是1887 年赫兹在实验研究麦克斯韦电磁理论时偶然发 现的。 1888年，德国物理学家霍尔瓦克斯 （Wilhelm Hallwachs)证实是由于在放电间隙 内出现荷电体的缘故。1899年，J·J·汤姆孙 通过实验证实该荷电体与阴极射线一样是电子 流。
1 光电效应的一般规律及其与经典 理论的矛盾
⑴ 实验结论
①.
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：1/2mv^2=∣e Ua∣ 实验表明：遏止电势差Ua 与光强度无关。 ②. 存在遏止频率（又称红限 频率） 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Ua=kv-Uo 1/2mvm^2=ekv-eUo
地球气象图
名词解释光电效应
名词解释光电效应
光电效应，又称光伏效应或光生伏打效应。
是指物质受到外界的照射后能产生电流的现象。
在一定条件下，只要有足够强度的光源照射，就会发出与入射光波长相同、频率相同而振幅相等的光子。
这种由外界光源的照射引起的感应电动势称为光电效应。
如果光子的数目足够多，那么，这些光子将组成很大的电压，在这个电场中，不论加在两点之间还是之上，都可以看作无穷远处为零的点电荷，它们在空间的运动都遵循库仑定律。
如果把光电效应的应用范围限制在直线传播方向，则称为光的衍射效应。
问题：光电效应名词解释。
光电效应
1 2 mvm eU a 2
1 2 mvm ek eU 0 2
按光的波动说，金属在光的照射下，金属 中的电子受到入射光振动的作用而作受迫 振动，这样将从入射光中吸收能量，从而 逸出表面，逸出时初动能应决定于光振动 振幅，即取决于光强，光强越大，光电子 初动能就越大，所以光电子初动能应与光 强成正比。但是，实验结果表明，光电子 初动能只与光的频率有关，而与光强无关。
而线性增大。
2.0
1.0 0.0 4.0 6.0
Cs
Na
Ca
U a k U 0
8.0 10.0 (1014Hz)
从图示可看出：不同材料的图线的斜率相同，相 互间仅为平移。k与金属材料种类无关，U0与金 属材料种类有关
i
Ua3 Ua2 Ua1
3 2 1
U
U a k U 0
金属中的电子吸收一个光子的能量→光电子的初 动能＋逸出功
1 2 mvm h W 2
与前面的实验规律比较
爱因斯坦光 电效应方程
1 2 mvm ek eU 0 2 1 2 mvm ek ek 0 2
h ek
W eU 0
U0 h 0 h W k
红限频率
W W 0 h ek
答：反冲电子动能为0.10Mev
3、光子的能量、动量、质量（粒子性特征） 能量：
h h
c
h h h 质量： m 2 2 Tcc c c c h h 动量： p mc c c
四、对光的波粒二象性的理解 1、同时具有，都是光的本性；
mc
2
2、 不同时显现；
五
光电效应在近代技术中的应用
什么是光电效应
什么是光电效应
光电效应是指当光束照射到金属表面时，如果光的能量足够大，就会使金属表面上的自由电子获得足够的能量而被释放出来的现象。
这个现象是在金属内部的电子受到光的能量激发后逸出金属表面的过程。
光电效应的关键特点包括：
1. 光子能量：光电效应发生时，需要光子的能量大于金属的逸出功（即克服金属对电子的束缚能力）。
光子的能量与其频率成正比，由普朗克关系 E=hf（其中 E 是光子的能量，ℎh 是普朗克常数，
f 是光的频率）确定。
2. 光电子：当光子击中金属表面时，如果其能量大于逸出功，就会导致金属表面上的电子被释放。
这些被释放的电子被称为光电子或光电子。
3. 电子动能：被释放的光电子会带有动能，其动能等于光子的能量减去金属的逸出功。
这些电子可以形成电流，从而产生光电流。
光电效应是量子物理学的基本实验之一，它对于理解光和物质相互作用的本质具有重要意义。
爱因斯坦对光电效应的理论解释是量子理论的一个里程碑，为量子力学的发展奠定了基础，并对后来的量子理论和光电子学的发展产生了深远的影响。
1/ 1。
光电效应
光电效应•关于电磁波入射到物体表面导致其电导率变化的现象，或电磁波辐射入射到物体表面导致其内部产生电动势的现象，详见“内光电效应”。
光电效应示意图：来自左上方的光子冲击到金属板，将电子逐出金属板，并且向右上方移去。
光电效应（Photoelectric Effect）是指光束照射在金属表面会使其发射出电子的物理效应。
发射出来的电子称为“光电子”。
要发生光电效应，光的频率必须超过金属的特征频率。
1887年，德国物理学者海因里希·赫兹发现，紫外线照射到金属电极上，可以帮助产生电火花。
1905年，阿尔伯特·爱因斯坦发表论文《关于光产生和转换的一个启发性观点》，给出了光电效应实验数据的理论解释。
爱因斯坦主张，光的能量并非均匀分布，而是负载于离散的光量子（光子），而这光子的能量和其所组成的光的频率有关。
这个突破性的理论不但能够解释光电效应，也推动了量子力学的诞生。
由于“他对理论物理学的成就，特别是光电效应定律的发现”，爱因斯坦获颁1921年诺贝尔物理学奖。
在研究光电效应的过程中，物理学者对光子的量子性质有了更加深入的了解，这对波粒二象性概念的提出有重大影响。
除了光电效应以外，在其它现象里，光子束也会影响电子的运动，包括光电导效应、光伏效应、光电化学效应（photoelectrochemical effect）。
理论概述光束里的光子所拥有的能量与光的频率成正比。
假若金属里的自由电子吸收了一个光子的能量，而这能量大于或等于某个与金属相关的能量阀值（称为这种金属的逸出功），则此电子因为拥有了足够的能量，会从金属中逃逸出来，成为光电子；[注1]若能量不足，则电子会释出能量，能量重新成为光子离开，电子能量恢复到吸收之前，无法逃逸离开金属。
增加光束的辐照度（光束的强度）会增加光束里光子的密度，在同一段时间内激发更多的电子，但不会使得每一个受激发的电子因吸收更多的光子而获得更多的能量。
换言之，光电子的能量与辐照度无关，只与光子的能量、频率有关。
光电效应
一.概述 二.光电历史 三.光电效应分类 四.爱因斯坦光量子解释 五.光电效应的应用
一.概述
光电效应是物理学中一个重要而神奇的现 象，在光的照射下，某些物质内部的电子 会被光子激发出来而形成电流，即光生电 。 光电现象。
二.光电历史
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。
光电控制电路图
农业病虫害防治 农业虫害的治理需要依据为害昆虫的 特性提出与环境适宜、生态兼容的技术体 系和关键技术。为害昆虫表现了对敏感光 源具有个体差异性和群体一贯性的趋光性 行为特征，并通过视觉神经信号响应和生 理光子能量需求的方式呈现出生物光电效 应的作用本质。利用昆虫的这种趋性行为 诱导增益特性，一些光电诱导杀虫灯技术 以及害虫诱导捕集技术广泛地应用于农业 虫害的防治，具有良好的应用前景。
四.爱因斯坦光量子解释
1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概 念进一步推广。他指出：不仅黑体和辐 射场的能量交换是量子化的，而且辐射 场本身就是由不连续的光量子组成，每 一个光量子的与辐射场频率之间满足 ε=hν，即它的能量只与光量子的频坦光电效应方程
根据爱因斯坦的光量子理论，射向金属表 面的光，实质上就是具有能量ε=hν的光子 流。如果照射光的频率过低，即光子流中 每个光子能量较小，当他照射到金属表面 时，电子吸收了这一光子，它所增加的 ε=hν的能量仍然小于电子脱离金属表面所 需要的逸出功，电子就不能脱离开金属表 面，因而不能产生光电效应。如果照射光 的频率高到能使电子吸收后其能量足以克 服逸出功而脱离金属表面，就会产生光电 效应。
光电效应
一、什么叫光电效应？什么是内、外光电效应？什么是单光子、多光子光电效应？什么事电光效应？1、光电效应：光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。
这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect ）。
这一现象是1887年赫兹在实验研究麦克斯韦电磁理论时偶然发现的。
1888年，德国物理学家霍尔瓦克斯（Wilhelm Hallwachs)证实是由于在放电间隙内出现荷电体的缘故。
1899年，J·J·汤姆孙通过实验证实该荷电体与阴极射线一样是电子流。
1899—1902年间，勒纳德（P·Lenard ）对光电效应进行了系统研究，并命名为光电效应。
1905年，爱因斯坦在《关于光的产生和转化的一个启发性观点》一文中，用光量子理论对光电效应进行了全面的解释。
1916年，美国科学家密立根通过精密的定量实验证明了爱因斯坦的理论解释，从而也证明了光量子理论。
2、内、外光电效应：内光电效应是被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。
外光电效应是被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象。
3、单光子、多光子光电效应：我们常说的光电效应为单光子光电效应，也就是每个电子同一时间只吸收一个光子；当单位体积内同时相互作用的能量子的数目大到使得发射光的能量子可以从几个入射能量子中取得能量，这就是多光子光电效应。
4、电光效应：电光效应，是将物质置于电场中时，物质的光学性质发生变化的现象。
某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性，物质的折射率因外加电场而发生变化的现象为电光效应。
电光效应包括泡克耳斯(Pockels)效应和克尔(Kerr)效应。
电光效应是指某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性的效应。
二、光电效应为什么能测普朗克常量？ 当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。
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图1 实验原理图 光电效应摘要：电效应是指一定频率的光照射在某些金属表面上使电子从金属表面逸出的现象。
本文介绍了光电效应的基本原理和三种测量截止电压的方法，用“减速电位法”测量光电子的动能来实验验证爱因斯坦光电方程并用零电流法测量了普朗克常量。
关键词：光电效应、普朗克常量、截止电压一、光电效应原理光电效应是指一定频率的光照射在金属表面时会有电子从金属表面逸出的现象。
基本的实验事实为：(1)饱和光电流与光强成正比；(2)光电效应存在一个域频率v 0（截止频率），当入射光的频率低于域频率时，不论光的强度如何,都没有光电效应产生；(3)光电子的动能与光强无关，但与入射光的频率成线性关系；(4)光电效应是“瞬时”的，当入射光的频率大于域频率时，一经光照射，立刻产生光电子[2]。
按照爱因斯坦的光量子理论，光能不是分布在波阵面上，它和电磁波理论所想象的不一样，光的能量集中在光子（光量子）的粒子上。
如果光子的频率为ν,那么它所具有的能量E 则为hν,其中h 为普朗克常数。
当光照在某些金属表面上，如果其所获得能量大于金属的逸出功的话，那么可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应，所产生的电子为光电子。
当光子照射到金属表面上时，一次为金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。
电子把能量一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下就变为电子离开金属表面后的动能。
按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程：hν=12mV m 2+A (1)式中12mV m 2为光电子逸出金属表面的最大初动能， m 为电子的质量，V m 为光电子逸出金属表面的初速度，ν为光电子的频率，A 为光照射的金属材料的逸出功。
二、普朗克常数由该式可见，射到金属表面的光的频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低时也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为零。
此时有关系：12mV m 2=eU a (2)当光子的能量hν0<A 时，电子不能脱离金属。
因而没有光电流产生。
产生光电效应的最低频率（截止频率）为ν0=Aℎ。
A 为金属材料的逸出功，为定值。
将(2)式代入(1)式可得：eU a =hν−A =ℎ(ν−ν0) (3) U a =ℎe (ν−ν0) (4) 此式表明截止电压 U a 与入射光频率ν为线性关系，直线斜率k =ℎe ，只要用实验方法测量出不同的频率对应的截止电压 U a ，作出ν− U a 图，图像应为一直线（如图2）。
求出直线斜率就可算出普朗克常数h [3]。
三、截止电压的测量方法[4]1、 拐点法理论上，测出各频率的光照射阳极电流为零时对应的U AK ,其绝对值即该频率的截止电压，然而实际上由于光电管的阳极反向电流、暗电流、本底电流及极间接触电位差的影响，实测电流并非阴电流。
实测电流为零时对应的UAK 也并非实际截止电压。
截止电压点应为反向光电流刚刚开始变小时对应的那一点，即图3中 U a 点。
2、 补偿法补偿法是一种快速而准确的测量方法。
通过补偿暗电流和本底电流对测量结果的影响，以测量出准确的截止电压 U a 。
调节电压U AK 使电流为零后，保持U AK 不变，遮挡汞灯光源，此时测得的电流Ι1为电压接近截止电压时的暗电流和本底电流。
记录数据Ι1，重新让汞灯照射光电管，调节电压U AK 使电流值至Ι1，将此时对应的电压U AK 的绝对值作为截止电压 U a 。
3、 零电流法零电流法是直接将各谱线照射下测得的电流为零时对应的电压U AK 的绝对值作为截止电压 U a 。
利用此法的前提是阳极反向电流、暗电流和本底电流都很小，测得的截止电压与真实值相差很小，各谱线的截止电压与真实值相差很小，且各谱线的截止电压都相差∆U ，对ν− U a 曲线的斜率无大的影响，因此对h 的测量不会产生大的影响。
νν0图2 ν− U a 曲线 图3 光电管的伏安特性曲线四、实验主要影响因素暗电流和本底电流光电管在没有受到光照时产生的电流叫做暗电流。
暗电流主要由阴极K在常温下的电子热运动产生的热电流和光电子等漏电形式下的漏电流组成。
本底电流是由于各种漫反射光照在光电二电极上引起的电流。
这两种电流都会随外电压的变化而变化，且二者都使外电压为-Ua时，光电流不能降为0。
五、实验过程1、测量暗电流与本底电流（1）测量光电管的暗电流：①将光源、光电管暗盒、微电流测量仪安排在合适位置。
光源汞灯与光电管距离约为40cm，在暗盒上装入直径4mm的光阑，并用遮光罩遮住光电管暗盒的光窗。
②断开光电管暗盒电源，打开光电流放大器的电源开关，将微电流放大器调零。
③接上光电管暗盒的电源，电压量程选择-2V-+2V量程，将电流量程打到最小，顺时针缓慢旋转“电压调节”旋钮，从-2V到+2V之间每变化0.2V测量一组数据，记录电压及对应电流值。
该电流为光电管的暗电流。
暗电流电压(V) -2 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8电流(10^-13A) 1.6 1.5 1.4 1.4 1.4 1.6 1.7电压(V) -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6电流(10^-13A) 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.3电压(V) 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2电流(10^-13A) 2.4 2.5 2.4 2.5 2.6 2.6 2.7（2）测量光电管的本底电流：①接好电源，用遮光罩盖住光电管暗盒和汞灯的光窗。
②选择最小的电流量程，将微电流放大器调零。
（在连接光电管暗盒的情况下调零可去除暗电流的影响。
）③揭开光电管暗盒上的遮光罩。
④顺时针缓慢旋转“电压调节”旋钮，从-2V到+2V之间每变化0.2V测量一组数据，记录电压及对应电流值。
该电流为光电管的本底电流。
本底电流电压(V) -2 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8电流(10^-13A) -3.9 -3.4 -3 -2.7 -2.4 -1.6 0.6电压(V) -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6电流(10^-13A) 4 10.5 18.6 28.2 38.9 49.6 60.6电压(V) 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2电流(10^-13A) 73.2 86.2 100.2 111.6 128.7 143.4 158.5（3）结论：暗电流与本底电流数值都非常小，处于1013A数量级，本底电流大于暗电流。
两者都随着外加电压的增大而增大，满足理论情况。
2、光电管的U-I特性（1）测量不同波长下光电管的I-U特性①取下光电管暗盒上的遮光罩，将微电流放大器调零。
（去除暗电流和本底电流的影响。
）②取下汞灯上的遮光罩，在光电管暗盒的入光口上装上2mm的光阑，电压调节选择-2V-+30V量程，电流尽可能取小量程，分别装上365nm和436nm的滤色片，从-2V到+30V每隔0.5V 测量一组数据，记录电压及对应电流值。
③将微电流放大器电流量程调到最小，在电流为零的情况下分别测出波长为365nm、404.7nm、436nm、546nm、577nm的电压，即截止电压。
（零电流法）光电管I-U特性(365nm、2mm）电压（V）-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1根据公式：f=cλ可计算出频率光电管I-U特性(436nm、2mm）电压（V）-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1电流（10^-11A）-0.2 -0.2 0.4 3 7.4 13.3 19.1 电压（V） 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 电流（10^-11A）26.9 33.6 42.3 48.8 55.3 59.8 64.5 电压（V） 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8电流（10^-11A）68.3 71.2 73.6 75.9 78.6 80.7 83.4 电压（V）8.5 9 9.5 10 11 12 13电流（10^-11A）87.6 88.5 90 93 98.4 103.2 108.5 电压（V）14 15 16 17 18 19 20电流（10^-11A）111.8 115.6 119 122.8 126.6 130.3 136.7 电压（V）22 24 26 28 30电流（10^-11A）140.7 146.6 152.7 155.5 160.2截止电压波长（nm）365 405 436 546 577截止电压（V）-1.671 -1.337 -1.099 -0.562 -0.423 频率(1014ν)8.2192 7.4074 6.8807 5.4945 5.19933、验证光电流与光强的关系（1）在365nm波长和入射光距离为400mm的情况下，分别放置2mm、4mm、8mm光阑，测量光电管的I-U值。
（2）在365nm波长和8mm光阑的情况下，使入射光距离为300mm，测量光电管的I-U值。
（3）①在入射光波长和距离不变的情况下，光阑孔径增大，光强随之增大，光电流增大。
②在入射光波长和光阑孔径不变的情况下，光电管与入射光距离减小，光强增大，光电流随之增大。
4、验证普朗克常量（本次实验采用零电流法）K=h/e=0.4098×10−14h实验值=e×4.098×10−15=1.6×10−19×4.98×10−15=6.5568×10−34h理论值=6.626×10−34误差=|ℎ测−ℎ理论|=|(6.5568×10−34−6.626×10−34)/6.626×10−34|=1.04%ℎ理论该次实验所测得的普朗克常量为6.5568×10−34，误差较小，为1.04%，与理论值相符。
误差估计为光电管的反向电流产生。
可适当减小光阑孔径，并调整暗盒方向以避免光直接照射到阳极上，从而减小反向电流。
六、结论本文利用光电效应原理测量普朗克常量，在分析实验原理的基础上利用普朗克测试仪测量了不同频率下截止电压的数值，并实验结果进行了分析和处理。
最终得到普朗克常数h的数值，发现其与理论值很接近。
该实验说明采用“减速电位法”能够很好地验证爱因斯坦方程并由此求出普朗克常数的准确数值。
参考文献[1]周永军,朴林鹤,吕佳.在光电效应测定普朗克常数实验中测量方法的讨论[J].沈阳航空航天大学学报,2011,02:85-87.[2]王云志,赵敏.光电效应测普朗克常数的数据处理及误差分析[J].大学物理实验,2011,02:93-95.[3]郎集会,范雯琦.基于光电效应的普朗克常数的测定与分析[J].吉林师范大学学报(自然科学版),2015,01:104-106.[4]吴丽君,李倩.光电效应测普朗克常数的三种方法[J].大学物理实验,2007,04:49-52.。