大学物理实验：光电效应.ppt
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光电效应LIPPT课件
U0 o
I2 I1
I2 I1
U
3．几个概念 (1)遏止电压：使光电流减小到零时的反向电压UC. (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的 _最__小_____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 _最__小__值_____，叫做该金属的逸出功．
解析： 光电效应实验中，锌板因逸 出电子带正电，验电器由于与锌板接 触也带正电，其指针也带正电．
答案： 正 正
2．用同一束单色光，在同一条件下先后 照射锌片和银片，都能产生光电效应，在 这两个过程中，对于下列四个量，一定相 同的是___A_____，可能相同的是___C__D___， 一定不同的是____B____．
答案： AD
4．在如图所示的光电管实验中， 发现用一定频率的A单色光照射 光电管时，电流表指针会发生偏 转，而用另一频率的B单色光照 射时不发生光电效应，那么( ) A．A光的频率大于B光的频率 B．B光的频率大于A光的频率 C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a 流向b D．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b 流向a
(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． (4)由光子的能量 ε＝hν 和动量 p＝hλ表达式也可以看 出，光的波动性和粒子性并不矛盾．
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，验电器的指针张开了一个角度，如 图所示，这时锌板带____正____电，指针带 ___正_____电．
效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应．
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度___无__关____，
I2 I1
I2 I1
U
3．几个概念 (1)遏止电压：使光电流减小到零时的反向电压UC. (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的 _最__小_____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 _最__小__值_____，叫做该金属的逸出功．
解析： 光电效应实验中，锌板因逸 出电子带正电，验电器由于与锌板接 触也带正电，其指针也带正电．
答案： 正 正
2．用同一束单色光，在同一条件下先后 照射锌片和银片，都能产生光电效应，在 这两个过程中，对于下列四个量，一定相 同的是___A_____，可能相同的是___C__D___， 一定不同的是____B____．
答案： AD
4．在如图所示的光电管实验中， 发现用一定频率的A单色光照射 光电管时，电流表指针会发生偏 转，而用另一频率的B单色光照 射时不发生光电效应，那么( ) A．A光的频率大于B光的频率 B．B光的频率大于A光的频率 C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a 流向b D．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b 流向a
(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． (4)由光子的能量 ε＝hν 和动量 p＝hλ表达式也可以看 出，光的波动性和粒子性并不矛盾．
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，验电器的指针张开了一个角度，如 图所示，这时锌板带____正____电，指针带 ___正_____电．
效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应．
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度___无__关____，
光电效应-PPT
放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以γ光子的
形式辐射出来，因此，γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。设t时间后放
射性元素的质量均为m，由衰变规律知：
。
m
m
A
(
1 2
)
t T1
mB(
1
t
)T2
,
mA
2 mB
2T2 T1
12
热点五 核反应方程
【例5】［2009年高考天津理综卷］下列说法正确的是( B D )
10
热点三 氢原子光谱
【例3】在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n=2能级发 出的谱线属于巴耳末线系。若一群氢原子自发跃迁时发 出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发
跃迁时最多可发出_6__条不同频率的谱线。
【解析】由于这群氢原子自发跃迁 发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系， 故可判断这群氢原子的最高能级为n=4， 画出氢原子谱线示意图(如图3.5-3-2所示 )可知，这群氢原子自发跃迁时最多可 发出6条不同频率的谱线。
0 1
e
)和2个中微
(2)研究表明，银河系的年龄约为t=3.8×1017 s，每秒钟银河系产生的能量约为1×1037 J(即P＝
1×1037 J/s)。现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量(最后结果
保留一位有效数字)；
(3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断。(可能用到的数据：银河系质量约为
N
N
0
(
1 2
t
)
,m
m0
(
1 2
t
)
6
要点六 核能的产生和计算
1.核能的计算方法
光电效应-完整版课件
光的干涉和衍射表明光确实是一种波，光电 效应和康普顿效应无可辩驳地证明了光是 一种粒子，因此说：光是一种波，同时光 也是一种粒子，光具有波粒二象性
• 单个光子表现为粒子性 • 大量光子的运动表现为波动性 • 波长较长、频率较低的光，波动性较显著 • 波长较短、频率较高的光，粒子性较显著 • 光是一种概率波 •一切微观粒子都有波粒二象性
(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计 指针偏角将_减___小__ (填增大、减小或不变)；
(2)使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出 的黄光照射锌板，静电计指针无偏转．那么，若改用
强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到静电计指针
无______ (填有或无)偏转．
20 返
92年全国高考题 8.已知铯的极限频率为4.545×1014赫，钠的
极限频率为6.000×1014赫，银的为1.153/1015赫， 铂的为1.529×1015赫。当用波长为0.375微米的 光照射它们时，可发生光电效应的是
铯 、钠
。 ______
f=c/λ= 3×108 / 0.375 ×10 – 6 =8 ×1014Hz
21 返回
98年全国高考题
8、一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解
解：每秒钟太阳光照到地球上1cm2的能量为
E= 1.4×103 ×1×10-4= 0.14 J
每个光子的能量为
E 1=hγ=6.63 ×10-34 ×5 ×1014
=3.3 ×10 -19 J
∴n=E/ E 1 = 0.14 / 3.3 ×10 -19 =4.2 ×10 17个
9 返回
例4 、 有一小灯泡的规格为“6V 、”，正常 工作时大约有6%的电能转变为可见光，试估 算每一秒钟释放出来的可见光的光子数。
• 单个光子表现为粒子性 • 大量光子的运动表现为波动性 • 波长较长、频率较低的光，波动性较显著 • 波长较短、频率较高的光，粒子性较显著 • 光是一种概率波 •一切微观粒子都有波粒二象性
(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计 指针偏角将_减___小__ (填增大、减小或不变)；
(2)使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出 的黄光照射锌板，静电计指针无偏转．那么，若改用
强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到静电计指针
无______ (填有或无)偏转．
20 返
92年全国高考题 8.已知铯的极限频率为4.545×1014赫，钠的
极限频率为6.000×1014赫，银的为1.153/1015赫， 铂的为1.529×1015赫。当用波长为0.375微米的 光照射它们时，可发生光电效应的是
铯 、钠
。 ______
f=c/λ= 3×108 / 0.375 ×10 – 6 =8 ×1014Hz
21 返回
98年全国高考题
8、一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解
解：每秒钟太阳光照到地球上1cm2的能量为
E= 1.4×103 ×1×10-4= 0.14 J
每个光子的能量为
E 1=hγ=6.63 ×10-34 ×5 ×1014
=3.3 ×10 -19 J
∴n=E/ E 1 = 0.14 / 3.3 ×10 -19 =4.2 ×10 17个
9 返回
例4 、 有一小灯泡的规格为“6V 、”，正常 工作时大约有6%的电能转变为可见光，试估 算每一秒钟释放出来的可见光的光子数。
大学物理实验-光电效应教学ppt
华东理工大学物理实验教学中心
East China University of Science and Technology
实验事实
(5)线性性：用不同频率的
|Ua|
2.0 1.0
光照射阴极K的表面时，只
要入射光的频率大于截止频 率，遏止电势差与入射光频
Na
Ca
率具有线性关系。
O
01
6.0 8.0 10.0 104 Hz
I Ih 3 2 1 Ua
Ua
(2)每个光电子的初动能
光频率提高而增大，与入射光强无关； (3)存在截止频率：对某一种金属来说，只有 当入射光的频率大于某一频率时，电子才能 从金属表面逸出，电路中才有光电流，这个 频率叫做截止频率. (4)光电效应是瞬时效应。
1 2 mv 2
随入射
0
U
0
红限频率
误差分析
a. b. c.
实测曲线 理论曲线 阳极电流：A极难免粘上 阴极材料，受光照后也 要发射少量光电子，构 成反向电流。 理论曲线
实测曲线
d.
漏电流：爱因斯坦方程 在绝对零度下严格成立。 常温下，电极要发射少 量热电子，加上管壳和 管座的漏电构成暗电流。
漏电流
抬头电压
华东理工大学物理实验教学中心
ex:光敏电阻 光生伏打效应：半导体材料在pn结处形成内建电场，
光照下，激发子在内建电场作用下形 成电动势的现象。 ex:太阳能电池、硅光电池
华东理工大学物理实验教学中心
East China University of Science and Technology
实验事实
(1)饱和光电流： 饱和光电流强度与入射光强度成正比。
光电效应的解释PPT课件
另外，许多专业有自己研发的专用工具软件。
22
第22页/共67页
1900年10月19日普朗克在德国物理学会 议上报告了他的黑体辐射公式(这公式是他 “为了凑合实验数据而猜出来的”)。当天 ，两科学家发现此公式和实验符合很好，并 在第二天把这一喜讯告诉了普朗克。
这使普朗克决心“不惜一切代价找到一个 理论的解释”。经过两个月的日夜奋斗，他于 12月14日在德国物理学会上提出了他的假设。
2. 许多地物是较好的黑体近似( 在某些波段上)。
研究热辐射的规律时，特别注意黑体的辐射本领的研究。
8
第8页/共67页
用不透明材料做成有小孔的空腔，可看作黑体。如图所 示：从小孔射入黑体空腔中的电磁波，经多次反射吸收，强 度逐渐减弱，最后从小孔中反射出去的辐射能近似地为零。
现在研究黑体辐射
当空腔处于某一 温度T 时，也会有一 定的电磁波从小孔中 辐射出去，
实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度（T）、 辐射的波长、时间的长短、发射的面积。
3
第3页/共67页
研究：
在某个温度下，从物体一定表面积上发射的，在任何 一段波长范围内、单位时间内的辐射能（辐射功率）。
问题的焦点就是求出 辐射能与温度、波长之间的关系式。
引入物理量：单色辐射出射度：
设从物体单位表面积上发射的，波长在到+d范围 内的辐射功率为dM，dM和d的比值叫做该物体对 于波长的单色辐射出射度M（T）。
普郎克 面对单色辐出度与波长的关系的实验曲线，没 有从经典理论出发,而是发挥自己的数学才能，用数学表 达式来拟合这条曲线，从而获得理论公式（即寻求一个 数学表达式，在此公式代入相应的值后，所绘制出的曲 线与实验曲线相符） 。
17
第17页/共67页
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1900年10月19日普朗克在德国物理学会 议上报告了他的黑体辐射公式(这公式是他 “为了凑合实验数据而猜出来的”)。当天 ，两科学家发现此公式和实验符合很好，并 在第二天把这一喜讯告诉了普朗克。
这使普朗克决心“不惜一切代价找到一个 理论的解释”。经过两个月的日夜奋斗，他于 12月14日在德国物理学会上提出了他的假设。
2. 许多地物是较好的黑体近似( 在某些波段上)。
研究热辐射的规律时，特别注意黑体的辐射本领的研究。
8
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用不透明材料做成有小孔的空腔，可看作黑体。如图所 示：从小孔射入黑体空腔中的电磁波，经多次反射吸收，强 度逐渐减弱，最后从小孔中反射出去的辐射能近似地为零。
现在研究黑体辐射
当空腔处于某一 温度T 时，也会有一 定的电磁波从小孔中 辐射出去，
实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度（T）、 辐射的波长、时间的长短、发射的面积。
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研究：
在某个温度下，从物体一定表面积上发射的，在任何 一段波长范围内、单位时间内的辐射能（辐射功率）。
问题的焦点就是求出 辐射能与温度、波长之间的关系式。
引入物理量：单色辐射出射度：
设从物体单位表面积上发射的，波长在到+d范围 内的辐射功率为dM，dM和d的比值叫做该物体对 于波长的单色辐射出射度M（T）。
普郎克 面对单色辐出度与波长的关系的实验曲线，没 有从经典理论出发,而是发挥自己的数学才能，用数学表 达式来拟合这条曲线，从而获得理论公式（即寻求一个 数学表达式，在此公式代入相应的值后，所绘制出的曲 线与实验曲线相符） 。
17
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光电效应-ppt课件
取决于光强
运用光子说解释
同一种光的光强对应光子数
存在遏止电压，
取决与频率
f大，Ek大，Uc大
存在截止频率
hν > W 0
具有瞬时性
电子一次吸收一个光子，无需积累
四、爱因斯坦的光电效应理论
3.理论解释
(1)光强决定光子个数→电子个数→电流大小
(2)光的频率决定能否发生光电效应，最大ห้องสมุดไป่ตู้动能，遏制电压
4.验证：密立根
3.光子说的解释：光子不仅具有能量，而且具有动量
X射线
λ =λ0
λ ＝ λ0
石墨体
（散射物质）
λ >λ0
六、光的波粒二象性
1.粒子性：光电效应、康普顿效应
少量、频率高
2.波动性：干涉、衍射、电子显微镜
大量、频率低
λ>λ0
光电效应
康普顿散射
干涉
衍射
一、普朗克黑体辐射理论
2.理论解释：普朗克能量子
（1）能量是不连续的（量子化）
能量
（2）能量是最小能量的整数倍
（3）能量子
ε = hν
红→紫，频率增大，能量增大
经典
量子
一、普朗克黑体辐射理论
Planck 抛弃了经典物理中的能量可连续变化、 普
朗
物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，
提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一
二、光电效应
1.定义：当光照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象。
2.光电子：逸出的电子称为光电子。
3.光电流：光电子定向移动形成的电流。
三、光电效应实验规律
1.实验装置
(1)光电管：光信号转化为电信号
(2)电流表：显示是否发生光电效应
运用光子说解释
同一种光的光强对应光子数
存在遏止电压，
取决与频率
f大，Ek大，Uc大
存在截止频率
hν > W 0
具有瞬时性
电子一次吸收一个光子，无需积累
四、爱因斯坦的光电效应理论
3.理论解释
(1)光强决定光子个数→电子个数→电流大小
(2)光的频率决定能否发生光电效应，最大ห้องสมุดไป่ตู้动能，遏制电压
4.验证：密立根
3.光子说的解释：光子不仅具有能量，而且具有动量
X射线
λ =λ0
λ ＝ λ0
石墨体
（散射物质）
λ >λ0
六、光的波粒二象性
1.粒子性：光电效应、康普顿效应
少量、频率高
2.波动性：干涉、衍射、电子显微镜
大量、频率低
λ>λ0
光电效应
康普顿散射
干涉
衍射
一、普朗克黑体辐射理论
2.理论解释：普朗克能量子
（1）能量是不连续的（量子化）
能量
（2）能量是最小能量的整数倍
（3）能量子
ε = hν
红→紫，频率增大，能量增大
经典
量子
一、普朗克黑体辐射理论
Planck 抛弃了经典物理中的能量可连续变化、 普
朗
物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，
提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一
二、光电效应
1.定义：当光照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象。
2.光电子：逸出的电子称为光电子。
3.光电流：光电子定向移动形成的电流。
三、光电效应实验规律
1.实验装置
(1)光电管：光信号转化为电信号
(2)电流表：显示是否发生光电效应
《光电效应》课件
实验结果表明，当光的波长增 加时，光子的能量降低，电子 的动能减小，无光电子发射。
实验结果证明了爱因斯坦的光 电效应公式和光的粒子性理论 的正确性。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
03
光电效应的应用
太阳能电池
太阳能电池是利用光电效应将太 阳光转换为电能的装置。
太阳能电池的原理是当太阳光照 射在半导体材料上时，光子能量 激发电子从束缚状态进入自由状
光电材料的应用
新型光电材料在太阳能电池、光电传感器、光电器件等领域 具有广泛的应用前景。
光电转换效率的提高
光电转换技术
目前，光电转换技术正朝着高效、低 成本、环保的方向发展，以提高光电 转换效率。
光电转换效率的瓶颈
虽然光电转换效率已经取得了一定的 提高，但仍存在一些瓶颈，如光吸收 、载流子输运等问题需要解决。
光电效应的实验研究
实验目的和实验原理
实验目的
通过实验研究光电效应现象，深入理 解光子与物质相互作用的过程，探究 光电效应的规律。
实验原理
光电效应是指光子照射在物质表面时 ，光子能量被吸收后，物质内部的电 子吸收能量并从束缚状态跃迁至自由 状态，形成光电流的现象。
实验设备和实验步骤
实验设备：光电效应实验装置、光源、电流表 、电压表等。
当光子撞击物质表面时，能量被吸收并传递给电子，使电子获得足够的能量逃离物 质表面。
电子的发射机制包括逸出功和光子能量两个关键因素，逸出功是指电子从物质表面 逸出所需的最低能量，光子能量是指光子的能量值。
随着光子能量的增加，光电效应的发生概率增加，电子的动能也相应增加。
光电效应的实验验证
大学物理实验光电效应PPT课件
➢光电效应中产生的光电子的速度与光的 频率有关，而与光强无关。
➢光电效应的瞬时性。实验发现，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， 即几乎在照到金属时立即产生光电流。 响应时间不超过10-9秒（1ns）。
➢入射光的强度只影响光电流的强弱，即 只影响在单位时间单位面积内逸出的光 电子数目。在光频率不变的情况下，入 射光越强，饱和电流越大，即一定频率 的光，入射光越强，一定时间内发射的 电子数目越多。
再次试验：10年后密立根（）以精湛的实验技术验 证了爱因斯坦的光电效应方程。 获得成就：爱因斯坦和密立根主要因光电效 应方面的杰出贡献分别荣获1921年和1923年 的诺贝尔物理学奖。
光电效应的发现和解释极大推动了量子力学的发展！ 推动了现代科学技术的快速发展！ 使得人类生活发生极大的变化！
第5页/共32页
10光电效应现象的原理光电效应现象的原理量子解释爱因斯坦电子逸出动能电子逸出动能金属表面电子逸出功金属表面电子逸出功光子能量光子能量轨道能脱出功11光电效应现象的原理光电效应现象的原理量子解释爱因斯坦光电子的最大初动能入射到金属表面的光频率越高逸出的电子动能必然也越大所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极直至阳极电位低于某一数值时所有光电子都不能到达阳极光电流才为零
光电效应的应用
利用光电效应可以把光信号转变为 电信号，动作迅速灵敏，因此利用 光电效应制作的光电器件在工农业 生产、科学技术和文化生活领域内 得到了广泛的应用．光电管就是应 用最普遍的一种光电器件
电磁波（光） 电信号
✓ 光电器件（光敏管、光敏电阻、 光敏二极管、光敏三极管、光 敏组件、色敏器件、光敏可控 硅器件、光耦合器等光电器 件）。
➢光电效应的瞬时性。实验发现，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， 即几乎在照到金属时立即产生光电流。 响应时间不超过10-9秒（1ns）。
➢入射光的强度只影响光电流的强弱，即 只影响在单位时间单位面积内逸出的光 电子数目。在光频率不变的情况下，入 射光越强，饱和电流越大，即一定频率 的光，入射光越强，一定时间内发射的 电子数目越多。
再次试验：10年后密立根（）以精湛的实验技术验 证了爱因斯坦的光电效应方程。 获得成就：爱因斯坦和密立根主要因光电效 应方面的杰出贡献分别荣获1921年和1923年 的诺贝尔物理学奖。
光电效应的发现和解释极大推动了量子力学的发展！ 推动了现代科学技术的快速发展！ 使得人类生活发生极大的变化！
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10光电效应现象的原理光电效应现象的原理量子解释爱因斯坦电子逸出动能电子逸出动能金属表面电子逸出功金属表面电子逸出功光子能量光子能量轨道能脱出功11光电效应现象的原理光电效应现象的原理量子解释爱因斯坦光电子的最大初动能入射到金属表面的光频率越高逸出的电子动能必然也越大所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极直至阳极电位低于某一数值时所有光电子都不能到达阳极光电流才为零
光电效应的应用
利用光电效应可以把光信号转变为 电信号，动作迅速灵敏，因此利用 光电效应制作的光电器件在工农业 生产、科学技术和文化生活领域内 得到了广泛的应用．光电管就是应 用最普遍的一种光电器件
电磁波（光） 电信号
✓ 光电器件（光敏管、光敏电阻、 光敏二极管、光敏三极管、光 敏组件、色敏器件、光敏可控 硅器件、光耦合器等光电器 件）。
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③ 斜率的物理含义是普朗克常数．
光电效应现象的原理
“I～U ”曲线：如 图所示的是光电流 强度I随光电管两 极间电压U的变化 曲线。
实际“I～U ”曲线： 实验中影响光电效应伏安－特性的 因素很多： 暗电流、阳极电流、不同材料的接 触电压以及照射光的非单色性。
光电效应现象的原理
影响准确测量的因素：
赫兹在做电磁波实验的时候， 发现了光电效应。
H. R. Hertz 1857 - 1894
光电效应现象及其历史
初次试验：1887年光电效应是赫兹（H.R.Hertz） 于验证电磁波存在时意外发现的，然而这一现 象是无法用麦克斯韦的经典电磁理论对其做出 成功解释的。 理论解释：1905年爱因斯坦在普朗克（M.Planck） 量子假设的基础上提出了光量子（光子）概念，并 由此圆满地解释了光电效应的各种实验规律。
光电效应测普朗克常数
光电效应实验组 2013-8-30 魏合林
特别注意：
光电管易损坏！ 实验前切勿打开桌面电源！
【实验目的】
1、测定光电效应的基本特性曲线，加深对光的量子 性的认识；
2、验证爱因斯坦方程，并测量普朗克常数以及阴极 材料的“红限”频率。
【实验内容】
1. 测量普朗克常数h及“红限”频率0； 2.测定光电管的伏安特性（I-U）曲线； 3.测量饱和电流与光强（Im-P）关系。
射出的光电子数”有关，由入射光的强度决定； ② 图中的Us是反向截止电压(遏止电压)，它与“光
电子的最大初动能”有关，由入射光的频率决 定．
光电效应规律
➢每一种金属都有一极限频率（或称截止 频率），即照射光的频率不能低于某一 临界值。相应的波长被称做极限波长 （或称红限波长）。当入射光的频率低 于极限频率时，无论多强的光都无法使 电子逸出。
光电效应现象的原理
经典解释
在光电效应中，要释放光电子 显然需要有足够的能量。根据 经典电磁理论，光是电磁波， 电磁波的能量决定于它的强度， 即只与电磁波的振幅有关，而 与电磁波的频率无关。而实验 规律中的第一、第二两点显然 用经典理论无法解释。
存在截止频率、光电效应与光的频率有关，而与光强无关。
第三条也不能解释，因为根据经典理论，对很弱的光要想使 电子获得足够的能量逸出，必须有一个能量积累的过程而不 可能瞬时产生光电子。
普朗克常数介绍
黑体辐射
瑞利-金斯公式：M T C3 4T
维恩公式：M
T
C1
5e
C2 T
紫外灾难
普朗克公式：M T 2 hc2 5
1
hc
引入h后使公 式完全符合实
ekT 1 验曲线！
h 6.62607551034 J S
开启量子世界大门！
光电效应现象及其历史
光电效应：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。
再次试验：10年后密立根（likan）以精湛 的实验技术验证了爱因斯坦的光电效应方程。 获得成就：爱因斯坦和密立根主要因光电效 应方面的杰出贡献分别荣获1921年和1923年 的诺贝尔物理学奖。
光电效应的发现和解释极大推动了量子力学的发展！ 推动了现代科学技术的快速发展！ 使得人类生活发生极大的变化！
位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电 子都不能到达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位US 被称为光电效应的截止电压(遏止电压)。
1 2
mm2
eU S
要想发射光电子流，必须
h h 0 A
h eUS A
0
A h
截止频率 “红限”频
光电效应现象的原理
量子解释（爱因斯坦）
➢暗电流或本底电流：当光电管阴极没有受到光线照射时也会产生电子流， 称为暗电流。它是由电子的热运动和光电管管壳漏电等原因造成的。室
内各种漫反射光射入光电管造成的光电流称为本底电流。暗电流和本底 电流随着K、A之间电压大小变化而变化。
➢阳极电流：阳极的光电子发射 是阳极材料在光照下发射的光 电子，对这些光电子而言，外 加反向电场是加速电场，因此 它们很容易到达阴极，形成反 向电流（阳极电流）。由于它
光电效应现象的原理
量子解释（爱因斯坦）
E h
1 2
Байду номын сангаасmm2
电子逸出动能
1 2
m
2 m
h
A
光子能量
金属表面电子逸出功
轨道能 脱出功
光电效应现象的原理
量子解释（爱因斯坦）
光电子的最大初动能
1 2
mm2
h
A
爱因斯坦光 电效应方程
入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴
极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电
✓ 太阳能电池。 ✓ 成像系统（CCD、微光夜视）。 ✓ 光电倍增管
电磁波（光） 电信号
光电效应的实验原理
入射光照射到阴极K时，由光电效应产生的光电 子以某一初动能飞出，光电子受电场力的作用向 阳极A迁移而构成光电流。 “I～U ”曲线：如图所示的是光电流强度I随光电 管两极间电压U的变化曲线，相应的物理意义是： ① 图中的Im是饱和光电流，它与“单位时间内发
➢光电效应中产生的光电子的速度与光的 频率有关，而与光强无关。
➢光电效应的瞬时性。实验发现，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， 即几乎在照到金属时立即产生光电流。 响应时间不超过10-9秒（1ns）。
➢入射光的强度只影响光电流的强弱，即 只影响在单位时间单位面积内逸出的光 电子数目。在光频率不变的情况下，入 射光越强，饱和电流越大，即一定频率 的光，入射光越强，一定时间内发射的 电子数目越多。
光电效应的应用
利用光电效应可以把光信号转变为 电信号，动作迅速灵敏，因此利用 光电效应制作的光电器件在工农业 生产、科学技术和文化生活领域内 得到了广泛的应用．光电管就是应 用最普遍的一种光电器件
✓ 光电器件（光敏管、光敏电阻、 光敏二极管、光敏三极管、光 敏组件、色敏器件、光敏可控 硅器件、光耦合器等光电器 件）。
h
1 2
mm2
A
1912-1915年间，密立根
h eUS A
Ekm h A
“Ekm～v”曲线：如图所示的是光电子最 大初动能Ekm随入射光频率v的变化曲线， 相应的物理意义为:
① 横轴上的截距的物理含义是光电管 阴极材料的极限频率；
② 纵轴上的截距的物理含义是光电管 阴极材料的溢出功的负值；
光电效应现象的原理
“I～U ”曲线：如 图所示的是光电流 强度I随光电管两 极间电压U的变化 曲线。
实际“I～U ”曲线： 实验中影响光电效应伏安－特性的 因素很多： 暗电流、阳极电流、不同材料的接 触电压以及照射光的非单色性。
光电效应现象的原理
影响准确测量的因素：
赫兹在做电磁波实验的时候， 发现了光电效应。
H. R. Hertz 1857 - 1894
光电效应现象及其历史
初次试验：1887年光电效应是赫兹（H.R.Hertz） 于验证电磁波存在时意外发现的，然而这一现 象是无法用麦克斯韦的经典电磁理论对其做出 成功解释的。 理论解释：1905年爱因斯坦在普朗克（M.Planck） 量子假设的基础上提出了光量子（光子）概念，并 由此圆满地解释了光电效应的各种实验规律。
光电效应测普朗克常数
光电效应实验组 2013-8-30 魏合林
特别注意：
光电管易损坏！ 实验前切勿打开桌面电源！
【实验目的】
1、测定光电效应的基本特性曲线，加深对光的量子 性的认识；
2、验证爱因斯坦方程，并测量普朗克常数以及阴极 材料的“红限”频率。
【实验内容】
1. 测量普朗克常数h及“红限”频率0； 2.测定光电管的伏安特性（I-U）曲线； 3.测量饱和电流与光强（Im-P）关系。
射出的光电子数”有关，由入射光的强度决定； ② 图中的Us是反向截止电压(遏止电压)，它与“光
电子的最大初动能”有关，由入射光的频率决 定．
光电效应规律
➢每一种金属都有一极限频率（或称截止 频率），即照射光的频率不能低于某一 临界值。相应的波长被称做极限波长 （或称红限波长）。当入射光的频率低 于极限频率时，无论多强的光都无法使 电子逸出。
光电效应现象的原理
经典解释
在光电效应中，要释放光电子 显然需要有足够的能量。根据 经典电磁理论，光是电磁波， 电磁波的能量决定于它的强度， 即只与电磁波的振幅有关，而 与电磁波的频率无关。而实验 规律中的第一、第二两点显然 用经典理论无法解释。
存在截止频率、光电效应与光的频率有关，而与光强无关。
第三条也不能解释，因为根据经典理论，对很弱的光要想使 电子获得足够的能量逸出，必须有一个能量积累的过程而不 可能瞬时产生光电子。
普朗克常数介绍
黑体辐射
瑞利-金斯公式：M T C3 4T
维恩公式：M
T
C1
5e
C2 T
紫外灾难
普朗克公式：M T 2 hc2 5
1
hc
引入h后使公 式完全符合实
ekT 1 验曲线！
h 6.62607551034 J S
开启量子世界大门！
光电效应现象及其历史
光电效应：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。
再次试验：10年后密立根（likan）以精湛 的实验技术验证了爱因斯坦的光电效应方程。 获得成就：爱因斯坦和密立根主要因光电效 应方面的杰出贡献分别荣获1921年和1923年 的诺贝尔物理学奖。
光电效应的发现和解释极大推动了量子力学的发展！ 推动了现代科学技术的快速发展！ 使得人类生活发生极大的变化！
位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电 子都不能到达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为负值的阳极电位US 被称为光电效应的截止电压(遏止电压)。
1 2
mm2
eU S
要想发射光电子流，必须
h h 0 A
h eUS A
0
A h
截止频率 “红限”频
光电效应现象的原理
量子解释（爱因斯坦）
➢暗电流或本底电流：当光电管阴极没有受到光线照射时也会产生电子流， 称为暗电流。它是由电子的热运动和光电管管壳漏电等原因造成的。室
内各种漫反射光射入光电管造成的光电流称为本底电流。暗电流和本底 电流随着K、A之间电压大小变化而变化。
➢阳极电流：阳极的光电子发射 是阳极材料在光照下发射的光 电子，对这些光电子而言，外 加反向电场是加速电场，因此 它们很容易到达阴极，形成反 向电流（阳极电流）。由于它
光电效应现象的原理
量子解释（爱因斯坦）
E h
1 2
Байду номын сангаасmm2
电子逸出动能
1 2
m
2 m
h
A
光子能量
金属表面电子逸出功
轨道能 脱出功
光电效应现象的原理
量子解释（爱因斯坦）
光电子的最大初动能
1 2
mm2
h
A
爱因斯坦光 电效应方程
入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴
极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电
✓ 太阳能电池。 ✓ 成像系统（CCD、微光夜视）。 ✓ 光电倍增管
电磁波（光） 电信号
光电效应的实验原理
入射光照射到阴极K时，由光电效应产生的光电 子以某一初动能飞出，光电子受电场力的作用向 阳极A迁移而构成光电流。 “I～U ”曲线：如图所示的是光电流强度I随光电 管两极间电压U的变化曲线，相应的物理意义是： ① 图中的Im是饱和光电流，它与“单位时间内发
➢光电效应中产生的光电子的速度与光的 频率有关，而与光强无关。
➢光电效应的瞬时性。实验发现，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， 即几乎在照到金属时立即产生光电流。 响应时间不超过10-9秒（1ns）。
➢入射光的强度只影响光电流的强弱，即 只影响在单位时间单位面积内逸出的光 电子数目。在光频率不变的情况下，入 射光越强，饱和电流越大，即一定频率 的光，入射光越强，一定时间内发射的 电子数目越多。
光电效应的应用
利用光电效应可以把光信号转变为 电信号，动作迅速灵敏，因此利用 光电效应制作的光电器件在工农业 生产、科学技术和文化生活领域内 得到了广泛的应用．光电管就是应 用最普遍的一种光电器件
✓ 光电器件（光敏管、光敏电阻、 光敏二极管、光敏三极管、光 敏组件、色敏器件、光敏可控 硅器件、光耦合器等光电器 件）。
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1 2
mm2
A
1912-1915年间，密立根
h eUS A
Ekm h A
“Ekm～v”曲线：如图所示的是光电子最 大初动能Ekm随入射光频率v的变化曲线， 相应的物理意义为:
① 横轴上的截距的物理含义是光电管 阴极材料的极限频率；
② 纵轴上的截距的物理含义是光电管 阴极材料的溢出功的负值；