光电效应
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
发现历程
1887
1905
1839年-贝克勒尔
测试硒圆柱高电阻性质时，发现其具有光电导性，即照射光束于硒圆柱 会促使其电导增加。
1887年-赫兹
实验观察到光电效应。
1889年-哈耳瓦克 锌板原来带负电，经照射会迅速失去电荷；如果锌板原来带正电，经照 射仍保持不变。
斯托列托夫发现： 光电流的大小与入射光的强度成正比；光电流实际上 是在照射开始时立即产生，无需时间上的积累。 1900年赫兹的助手勒纳德 用磁偏转法测定光电流的荷质比肯定光电流与阴极射线都是同一类带电 粒子组成。 1905年-爱因斯坦 发展了普朗克的量子说。他认为，电磁辐射在本质上就是一份一份不连 续的，无论是在原子发射和吸收它们的时候，还是在传播过程中都是 这样。爱因斯坦称它们为“光量子”，简称“光子”，并用光量子说 解释了光电效应。
2
新应用
太阳能电池
光电二 极管
照射
吸收 0.4μm～ 1.1μm波 长(针对 硅晶)
光能变 成电能
电流
串联或 并联
太阳能 电池方 阵
太阳能
永久性
清洁性
灵活性
问 题 ： 效 率 太 低 ！
单晶硅
火力发电
效率20%左右
价格1.5元/度 …… 啥都别说了 》》》 0.2元/ 度
应用：
单反、各类数码相机
CCD数码相机随阿波罗11号登月
光学遥测技术
光学与频谱望远镜
高速摄影技术
工业零件测量与检测系统设计
光∈电磁波 So 我们可以利用同样的原理，利用 CCD 及光电效应，像光学照相机一样探测 电磁波。
进一步提高 CCD 感光元件的精度与灵 敏度，在半导体芯片（不一定只用硅） 内做光电变换，再通过放大电路进一 步放大电流，使无线电波引起的微弱 的光电效应也能被放大，最终成像。
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
一．对光电效应实验规律，方程以及图像的考查1.光电效应现象光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做.2.光电效应规律(1)每种金属都有一个.(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大.(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是的.(4)光电流的强度与入射光的成正比.(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子.光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s.(2)光电效应方程：.其中hν为入射光的能量，E k为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功.4.遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c.(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率).不同的金属对应着不同的极限频率.(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的，叫做该金属的逸出功.1.1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象.关于光电效应，下列说法正确的是（AD ）A.当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C.光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D.某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应2.用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度则A.逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B.逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C.逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D.光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了3.关于光电效应的规律，下列说法中正确的是(D)A.只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生B.光电子的最大初动能跟入射光强度成正比C.发生光电效应的反应时间一般都大于10－7 sD.发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比4.如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴交点坐标为0.5).由图可知(AC)A.该金属的截止频率为4.27×1014 HzB.该金属的截止频率为5.5×1014 HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5 eV5.在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为______.若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为______.已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.答案hcλ0hc(λ0－λ)eλ0λ6.小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图4甲所示.已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，结果保留三位有效数字.(1)图甲中电极A为光电管的______(填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U c与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝____Hz，逸出功W0＝________J；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能E k＝________J.答案：(1)阳极(2)5.15×1014(5.10×1014～5.20×1014均可) 3.41×10－19(3.38×10－19～3.45×10－19均可)(3)1.23×10－19(1.19×10－19～1.26×10－19均可)7. 研究光电效应的电路如图5所示.用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流.下列光电流I 与A、K之间的电压U AK的关系图象中，正确的是___C_____.8.当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时 ( C )A.锌板带负电B.有正离子从锌板逸出C.有电子从锌板逸出D.锌板会吸附空气中的正离子9. 以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个 光子而从金属表面逸出.强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属， 由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实.光电效应实验装置示意图如图7所示.用频率为ν的普通光源照射阴极K ，没有发生光电效应，换用同样频率ν的强激光照射阴极K ，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U ，即将阴极K 接电源正极，阳极A 接电源负极，在K 、A 之间就形成了使光电子减速的电场.逐渐增大U ，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W 为逸出功，h 为普朗克常量，e 为电子电量)( B )A.U ＝hνe －W eB.U ＝2hνe －W eC.U ＝2hν－WD.U ＝5hν2e －W e10. 如图8所示，用a 、b 两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现当a 光照射时验电器的指针偏转，b 光照射时指针未偏转，以下说法正确的是( D )A.增大a 光的强度，验电器的指针偏角一定减小B.a 光照射金属板时验电器的金属小球带负电C.a 光在真空中的速度大于b 光在真空中的速度D.a 光在真空中的波长小于b 光在真空中的波长11.如图所示的实验电路，当用黄光照射光电管中的金属涂层时，毫安表的指针发生了偏转.若将电路中的滑动变阻器的滑片P 向右移动到某一位置时，毫安表的读 数恰好减小到零，此时电压表读数为U .若此时增加黄光照射的强度，则毫安________(选填“有”或“无”)示数.若改用蓝光照射光电管中的金属涂层，则毫安 表________(选填“有”或“无”)示数.答案 无 有12.光电效应实验中，下列表述正确的是( CD )A.光照时间越长光电流越大B.入射光足够强就可以有光电流C.遏止电压与入射光的频率有关D.入射光频率大于极限频率时才能产生光电子13.光电效应的实验结论是：对于某种金属( AD )A.无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B.无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C.超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D.超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大14.入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，下列说法中正确的是( D )A.有可能不发生光电效应B.从光照射到金属表面上至发射出光电子之间的时间间隔将明显增加C.逸出的光电子的最大初动能将减小D.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少15.对光电效应的理解正确的是 ( BD )A.金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B.如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C.发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D.由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属发生光电效应，入射光的最低频率也不同16.如图1是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象.由图象可知( ABC )A.该金属的逸出功等于EB.该金属的逸出功等于hνcC.入射光的频率为2νc 时，产生的光电子的最大初动能为ED.入射光的频率为νc 2时，产生的光电子的最大初动能为E 217.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k —ν图象.已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.34 eV ，若将二者的图线画在同一个坐标图中，以实线表示钨，虚线表示锌，如图所示，则正确反映这一过程的图象是 ( A )18.在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图2所示，则可判断出( B )A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光的频率大于丙光的频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能19.如图3所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则( B )A.若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流B.若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流C.增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大D.若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生12.2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图象传感器.他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理.如图4所示电路可研究光电效应规律.图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极.理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压.现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计中有示数；若将滑动变阻器的滑片P 缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V；现保持滑片P位置不变，光电管阴极材料的逸出功为______，若增大入射光的强度，电流计的读数______(选填“为零”或“不为零”).答案 4.5 eV为零13.现有a、b两种单色光，其波长关系为λa>λb，用a光照射某种金属时，恰好发生光电效应.则：(1)用b光照射该金属时，________发生光电效应；(填“能”或“不能”)(2)增加a光的强度，释放出光电子的最大初动能________增大.(填“会”或“不会”)答案(1)能(2)不会二、光的波粒二象性，物质波光既具有波动性，又具有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：(1)个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性.(2)频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，而贯穿本领越强.(3)光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性.1、关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是(D)A.不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B.运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C.波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D.实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性2.用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图3所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片.这些照片说明(D)A.光只有粒子性没有波动性B.光只有波动性没有粒子性C.少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D.少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性3.下列说法正确的是(C)A.有的光是波，有的光是粒子B.光子与电子是同样的一种粒子C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D.γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性4.物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度.使光子只能一个一个地通过狭缝.实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹.对这个实验结果下列认识正确的是(BCD)A.曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点B.单个光子的运动没有确定的规律C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D.只有大量光子的行为才表现出波动性。
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
光电效应概述
光电效应概述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。
光电效应光电效应1905年，爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖。
光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。
这类光变致电的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。
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。
赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应（金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子）。
光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限波长，对应的光的频率叫做极限频率。
临界值取决于金属材料，而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关，这一点无法用光的波动性解释。
还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面。
可事实是，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方秒。
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、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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光电效应 实验
灵敏电 流计
弧光灯 锌板
铜网
紫外光照射时电流计指针发生偏转
一、光电效应
• 1.什么是光电效应 什么是光电效应? 什么是光电效应 当光线照射在金属表面时， 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 光电效应。 有电子逸出的现象，称为光电效应。 逸出的电子称为光电子。 逸出的电子称为光电子。
光是从光源发出的一种物质微粒， 光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀介质 中以一定的速度传播，能解释光的反射现象。 中以一定的速度传播，能解释光的反射现象。
认为光是一种波， 认为光是一种波，在实验中观察到了光的干涉和 衍射现象，这是波动的特征，微粒说无法解释。 衍射现象，这是波动的特征，微粒说无法解释。
• 金属中的电子吸收光子后，如 果能克服 金属的逸出功，从金属表面溢出， 金属的逸出功，从金属表面溢出， ________________________ 成为光电子;但不同的金属这种 束缚程度不同,电子逃逸出来所 需要吸收光子的能量不同,所以 不同的金属要发生光电效应就 存在一个 入射光的频率必须大
三、爱因斯坦光电效应方程 1、逸出功：W = hν 0 逸出功： 2、爱因斯坦光电效应方程： 爱因斯坦光电效应方程：
EK/ev
ν0
ν /Hz
Ek = hν −W
ν是入射光的频率，ν 0 是金属的极限频率。
金属的极限波长 λ0 = c
ν0
四、光子说对光电效应现象的解释
问题1:是否一个电子只吸收一个光子 问题 是否一个电子只吸收一个光子
问题2:入射光强增大几倍 光电流强度 问题 入射光强增大几倍,光电流强度 入射光强增大几倍 一定增大几倍吗? 一定增大几倍吗?
五、光电效应在近代技术中的应用 1.光控继电器 1.光控继电器
2.数码相机 2.数码相机
光电管
数码相机使用 可以用于自动控 CCD光敏器件代 光敏器件代 自动计数、 制，自动计数、自动 替胶卷感光成像其 报警、自动跟踪等。 报警、自动跟踪等。 原理就是CCD元 原理就是 元 件的光电效应。 件的光电效应。
光子说
光子说的这两点实际上是针 对波动理论的两大要害提出的． 对波动理论的两大要害提出的．爱因 斯坦当时在实验事实还不是很充分的 时候，提出了光子说， 时候，提出了光子说，是对科学的重 大贡献． 大贡献．这也说明理论与新的实验事 实不符时，要根据事实进行科学假说 实不符时，要根据事实进行科学假说 建立新的理论， 建立新的理论，因为实践是检验真理 的唯一标准． 的唯一标准．
光子数 N ∝ I ∝ E02
结论： 结论： 光具有波粒为普朗克常数 其中的系数 称为普朗克常数
h = 6.63 × 10
−34
J •s
想一想:爱因斯坦提出光子说从科学研究的方 想一想 爱因斯坦提出光子说从科学研究的方 爱因斯坦提出光子说 法来说用了什么方法? 法来说用了什么方法
• (03上海 爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有 上海)爱因斯坦由光电效应的实验规律 上海 爱因斯坦由光电效应的实验规律， 粒子性，从而提出光子说。从科学研究的方法来说， 粒子性，从而提出光子说。从科学研究的方法来说，这 属于 A．等效替代 B．控制变量C．科学假说 D．数学归纳 ． ．控制变量 ． ． • 假说是人们以已有的事实材料和科学原理为依据，对未 假说是人们以已有的事实材料和科学原理为依据， 知领域的现象、本质和规律作出推测性的说明， 知领域的现象、本质和规律作出推测性的说明，它既不 同于胡思乱想的狂说，又与已被证明的科学理论不同， 同于胡思乱想的狂说，又与已被证明的科学理论不同， 是尚未证实的具有推测性的认识。 是尚未证实的具有推测性的认识。 • 等效替代是以效果相同为出发点，对所研究的对象提出 等效替代是以效果相同为出发点， 一些方案和设想进行的一种等效处理的思维思想。 一些方案和设想进行的一种等效处理的思维思想。
波动性和粒子性的统一
光作为电磁波是弥散 光作为电磁波 在空间 而连续的 连续的 怎样统 一 ? 波动性:某处明 波动性 某处明亮则 某处 光强大 某处光强 某处光强大 即I大 粒子性:某处明 粒子性 某处明亮则 某处 光子多 某处光子 某处光子多 即N大 大 光作为粒子在空间中 光作为粒子在空间中 粒子 是集中 而分立的 分立的
放大器 控制机构
六巩固练习： 六巩固练习：
1.用可见光照射锌板，能否产生光电效应？ 不能 用可见光照射锌板，能否产生光电效应？ 用可见光照射锌板 2.用一红光照射铯材料，不产生光电效应，如果用一 用一红光照射铯材料，不产生光电效应， 用一红光照射铯材料 个凸透镜将红光聚焦到此金属上， 个凸透镜将红光聚焦到此金属上，并经历相当长 时间，能否产生光电效应？为什么？ 时间，能否产生光电效应？为什么？ 不能， 不能，因为聚焦没有提高光的频率 3.用绿光照射一光电管，能产生光电效应．欲使光电 用绿光照射一光电管， 用绿光照射一光电管 能产生光电效应． 子从阴极逸出时的最大初动能增大，应采用的措 子从阴极逸出时的最大初动能增大， 施是 （ D） A．改用红光照射 ．改用红光照射. B．增大绿光的强度． ．增大绿光的强度． C．增大光电管的加速电压 ． D．改用紫光照射． ．改用紫光照射．
2.光电效应的实验规律 光电效应的实验规律
1、任何一种金属，都存在极限频率ν 0 ，只 任何一种金属， 才能发生光电效应． 有当入射光> ν 0 ，才能发生光电效应． ν 2、光电子的最大初动能Ek 与入射光强度无关， 与入射光强度无关， 只随入射光频率的增大而增大 ． 3、光电效应的发生几乎是瞬时的． 光电效应的发生几乎是瞬时的． 4、光电流强度与入射光强度成正比． 光电流强度与入射光强度成正比．
光的发展史(光的本性) 光的发展史(光的本性)
一、十七世纪： 十七世纪： 1.光的微粒说 光的微粒说: 1.光的微粒说: 代表人物---牛顿) ---牛顿 代表人物---牛顿) 2.光的波动说： 2.光的波动说：代 光的波动说 表人物---惠更斯) ---惠更斯 表人物---惠更斯) 二、十九世纪：光 十九世纪： 的电磁说(代表人 的电磁说( ---麦克斯韦 麦克斯韦) 物---麦克斯韦) 三.十九世纪末光 的粒子说(代表人 的粒子说( ---爱因斯坦 爱因斯坦) 物---爱因斯坦)
麦克斯韦认为光是一种电磁波,赫兹用实验证实了 麦克斯韦认为光是一种电磁波, 光的电磁本性.光是电磁波的主要依据：①传播都 光的电磁本性.光是电磁波的主要依据： 不需介质.②都是横波.③在真空中传播速度相同 不需介质. 都是横波. 但是，19世纪末又发现了现象---光电效应， 但是，19世纪末又发现了现象---光电效应，用波动 世纪末又发现了现象---光电效应 性无法解释。爱因斯坦于20世纪初提出了光子说， 20世纪初提出了光子说 性无法解释。爱因斯坦于20世纪初提出了光子说， 认为光具有粒子性，从而解释了光电效应。 认为光具有粒子性，从而解释了光电效应。
为什么说光的波动理论无法解释光 电效应的规律？ 电效应的规律？
• 光的波动理论对光的能量的描述是 光的波动理论对光的能量的描述是: • (1)能量是连续的； 能量是连续的； 能量是连续的 • (2)振幅（光强）越大，光能越大，光的能量与频 振幅（光强）越大，光能越大， 振幅 率无关 • 波动理论的困难 波动理论的困难: • (1)不应存在极限频率 不应存在极限频率 • (2)光电子最大初动能 km应与光强有关，与频率 光电子最大初动能E 应与光强有关， 光电子最大初动能 无关 • (3)弱光照射时应有能量积累过程，不应瞬时发生 弱光照射时应有能量积累过程， 弱光照射时应有能量积累过程
• 关于光电效应的产生，下列说法正确 的是： （ C ） • A．只要光足够强，就能从金属表面 打出电子 • B．只要光照射时间足够长，就能从 金属表面打出电子 • C．只要光的频率足够高，就能从金 属表面打出电子 • D．光线越弱，打出光电子的时间就 越长
• 下列观点不正确的是 ( D ) • A．光电磁波不是连续的，而是 一份一份的 • B．在空间传播的光不是连续的， 而是一份一份的 • C．每个光子的能量只决定于光 子的频率 • D．同种颜色的光的强弱不同是 因为光子的能量不同
于极限频率的条件。 于极限频率的条件。
• 某金属极限波长为0.5µm，要使该 金属发生光电效应，照射光子的最 2.5 小能量为_________ev. • 8．已知某金属表面接受波长为λ和 2λ的单色光照射时，释放出光电子 的最大初动能为30ev和10ev，求该 金属的极限波长？ -7 1.24 × 10 m
光的波动理论在解释 光电效应时遇到了巨大的 困难。 后来， 困难 。 后来 ， 爱因斯坦在 普朗克量子化理论的启发 提出了光子学说． 下，提出了光子学说．
普朗克 爱因斯坦
E= hν
二、光子说
爱因斯坦在1905年提出，在空间中传 爱因斯坦在1905年提出， 1905年提出 播的光也不是连续的，而是一份一份的， 播的光也不是连续的，而是一份一份的， 每一份叫做一个光量子，简称光子． 每一份叫做一个光量子，简称光子． 光子的能量和频率成正比： 光子的能量和频率成正比：