17-2 光电效应
光电效应1
电压量程：-2v~30V电流量程： 电压：2.0V波长：546nm
光阑口径D（mm）
2
4
8
光阑口径 ( )
4
16
64
光电流大小I（ ）
13.5
51.8
198.5
因为光强P与光阑入口面积成正比，即P ，所以为了讨论I与光强P关系，可以作I~ 散点图
线性拟合以后，得I=3.0756 +1.817
因为交点法误差较大，故可以使用补偿法从而使系统误差控制在一个较小范围。本试验通过几次调零，最大限度的降低系统误差。但是由于测试仪示数始终无法稳定，且照射高压汞灯之后的最小电流比无光时的本地电流及暗电流小，所以可能产生误差。
在测量截止电压的过程中，同一实验室的不同仪器的截止电压不同，但其在图像上的平行移动并不影响到拟合直线的斜率，从而保证h值的精确；只会影响到截距进而使得各仪器测得的溢出功不同。
K为光电管阴极，A为光电管阳极，G为微电流计，V为电压表，R为滑线变阻器。使用换向开关T，调节R可使A、K之间获得从-U到0到+U连续变化的电压。当光照射光电管阴极时，阴极释放出的光电子在电场的作用下向阳极迁移，并且在回路中形成光电流。
在光电效应实验中可发现：
1.当入射光的波长不变时，光电流的大小与入射光的强度成正比；
5.49
5.20
光电流大小（ ）
298
73.3
116.0
91.8
28.9
注：滤色光波长为365nm时由于仪器关系，将电流量程换成 ，调零后继续测量
由上面数据及散点图可发现光波长与光电流大小并无简单的线性关系，但大体趋势是随着波长的增大，光电流先减小然后增大，然后再减小。
3光电管的伏安特性曲线与入射光波长的关系
光电效应
光电效应实验目的：1）了解光电效应的的实验规律和光的量子性。
2）测定光电效应的伏安特性曲线，验证光电效应第一定律。
3）通过实验测定普朗克常量。
实验仪器：FB807型光电效应测定仪实验原理：当一定频率的光照射到金属表面上时，有电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应。
从金属表面逸出的电子称为光电子。
实验的示意图如下：图一—电路图图二—原理简图图一中，A，K组成真空的光电管，A为阳极，K为阴极。
当一定频率ν的光照射到由金属材料制成的阴极K上就有光电子逸出金属表面，形成微弱的光电流，若在A,K两端加上加速电压，光电流会加大直到饱和。
那么这些在金属表面的电子又是怎么逸出的呢？爱因斯坦给出了答案：当金属中的电子吸收一个频率为ν的光子时就会吸收他的所有能量hν，如果这些能量大于电子摆脱束缚所需的逸出功W，电子就会从金属表面逸出。
关系式为：Hν=½mvv+W此式称为爱因斯坦方程，h为普朗克常量。
½mvv是光电子最大初动能。
由此式可以知道，存在截止频率ν0使hν0刚好等于W，则动能为零。
因而只有ν大于或等于ν0时才能产生光电流。
光电效应第一定律：当光强一定时，光电流随着极间的加速电压的增大而增大并逐渐趋于一个饱和值I，对于不同光强，饱和电流I与入射强度成正比。
如图：图三—同频率不同光强伏安特性遏止电压及普朗克常量的测定：当加速电压为零时，光电流并不为零，这是因为光电子具有初动能，这时只需在极间加上适当大小反向的电压，光电流便会为零，这一电压便称为遏止电压Uc。
此时静电场对光电子所做的功的大小等于初动能。
同一频率不同光强的遏止电压相同，说明光电子的初动能只与入射光的频率和逸出功有关。
实验所用关系式为：½mvv=e Uc=H ν-W如图：图四—遏止电压与频率关系实验过程：1）实验前准备。
包括接通电源，预热汞灯20分钟；调节光电管与汞灯距离为400mm ；连接光电管暗箱电压输入端与测定仪电压输出端；测试前调零。
量子物理基础习题
17-1 在加热黑体过程中，其单色辐出度的峰值波长是由μm 69.0变化到μm 50.0，求总辐出度改变为原来的多少倍？解：由 4)(T T M B σ=，b T m =λ 得 63.3)5.069.0()()()(442112===m m B B T M T M λλ17-2解：（1）m 10898.21010898.21073--⨯=⨯==T b m λ （2）J 1086.610898.21031063.61610834---⨯=⨯⨯⨯⨯===λνch h E 17-3解：（1）4)(T T M B σ=，K 17001067.5001.0/6.473)(484=⨯==-σT M T B（2）m 1070.1170010898.263--⨯=⨯==T b m λ （3）162)()()(441212===T T T M T M B B ，2612W/m 10578.7001.06.47316)(16)(⨯=⨯==T M T M B B17-4 钾的光电效应红限波长为μm 62.00=λ。
求：(1)钾的逸出功；(2)在波长nm 330=λ的紫外光照射下，钾的截止电压。
解：（1）eV 2J 1021.31062.01031063.61968340=⨯=⨯⨯⨯⨯===---λνch h A （2）A h mv eU a -==ν221 V 76.11060.11021.3103301031063.619199834=⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=-=-=----eA ch eA h U a λν17-5 铝的逸出功为eV 2.4。
今用波长为nm 200的紫外光照射到铝表面上，发射的光电子的最大初动能为多少？截止电压为多大？铝的红限波长是多大？解：（1）eV 2J 1023.3106.12.4102001031063.621191998342≈⨯=⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=-=-=----A c h A h mv λν （2）221mv eU a =，V 2eV2==eU a （3）Hz 10014.11063.6106.12.41534190⨯=⨯⨯⨯==--h A νnm 296m 1096.210014.1103715800=⨯=⨯⨯==-νλc17-6 在光电效应实验中，对某金属，当入射光频率为Hz 102.215⨯时，截止电压为V 6.6，入射光频率为Hz 106.415⨯时，截止电压为V 5.16。
光电效应测普朗克常量实验报告
三、实验原理1.光电效应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。
所产生的电子，称为光电子。
光电效应是光的经典电磁理论所不能解释的。
当金属中的电子吸收一个频率为v的光子时，便获得这光子的全部能量hv，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的脱出功W，电子就会从金属中逸出。
按照能量守恒原理有：（1）上式称为爱因斯坦方程，其中m和m是光电子的质量和最大速度，是光电子逸出表面后所具有的最大动能。
它说明光子能量hv小于W时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生；产生光电效应的入射光最低频率v0=W/h，称为光电效应的极限频率（又称红限）。
不同的金属材料有不同的脱出功，因而υ0也是不同的。
由（1）式可见，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。
这个相对于阴极为负值的阳极电位被称为光电效应的截止电压。
显然，有（2）代入（1）式，即有（3）由上式可知，若光电子能量，则不能产生光电子。
产生光电效应的最低频率是，通常称为光电效应的截止频率。
不同材料有不同的逸出功，因而也不同。
由于光的强弱决定于光量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。
又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以光电子获得的能量与光强无关，只与光子ν的频率成正比，，将（3）式改写为（4）上式表明，截止电压是入射光频率ν的线性函数，如图2，当入射光的频率时，截止电压，没有光电子逸出。
图中的直线的斜率是一个正的常数：（5）由此可见，只要用实验方法作出不同频率下的曲线，并求出此曲线的斜率，就可以通过式（5）求出普朗克常数h。
其中是电子的电量。
图2 U0-v 直线2.光电效应的伏安特性曲线图3是利用光电管进行光电效应实验的原理图。
光电效应和普朗克常数的测定
光电效应和普朗克常数的测定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。
光电效应实验对于认识光的本质及早期量子理论的发展，具有里程碑的意义。
自古以来，人们就试图解释光是什么，到17世纪，研究光的反射、折射、成像等规律的几何光学基本确立。
牛顿等人在研究几何光学现象的同时，根据光的直线传播性，认为光是一种微粒流，微粒从光源飞出来，在均匀物质内以力学规律作匀速直线运动。
微粒流学说很自然的解释了光的直线传播等性质，在17、18世纪的学术界占有主导地位，但在解释牛顿环等光的干涉现象时遇到了困难。
惠更斯等人在17世纪就提出了光的波动学说，认为光是以波的方式产生和传播的，但早期的波动理论缺乏数学基础，很不完善，没有得到重视。
19世纪初，托马斯.杨发展了惠更斯的波动理论，成功的解释了干涉现象，并提出了著名的杨氏双缝干涉实验，为波动学说提供了很好的证据。
1818年，年仅30岁的菲涅耳在法国科学院关于光的衍射问题的一次悬奖征文活动中，从光是横波的观点出发，圆满的解释了光的偏振，并以严密的数学推理，定量地计算了光通过圆孔、圆板等形状的障碍物所产生的衍射花纹，推出的结果与实验符合得很好，使评奖委员会大为叹服，荣获这一届的科学奖，波动学说逐步为人们所接受。
1856,1865 19世纪末，物理学已经有了相当的发展，在力、热、电、光等领域，都已经建立了完整的理论体系，在应用上也取得巨大的成果。
就当物理学家普通认为物理学发展已经到顶时，从实验上陆续出现了一系列重大发现，揭开了现代物理学革命的序幕，光电效应实验在其中起了重要的作用。
1887年赫兹在用两套电极做电磁波的发射与接收的实验中，发现当紫外光照射到接收电极的负极时，接收电极间更易于产生放电，赫兹的发现吸引许多人去做这方面的研究工作。
斯托列托夫发现负电极在光的照射下会放出带负电的粒子，形成光电流，光电流的大小与入射光强度成正比，光电流实际是在照射开始时立即产生，无需时间上的积累。
第17章量子物理基础19世纪末、二十世纪初,为解决经典物理在解释一
第17章量子物理基础19世纪末、二十世纪初，为解决经典物理在解释一系列物理实验（如黑体辐射、光电效应、康普顿散射等）时所遇到的巨大困难，物理学家们创立了量子理论，它与相对论理论一起，是现代物理学的两大理论支柱。
本章介绍量子理论基础。
主要内容有：普朗克能量子假设；爱因斯坦光量子假设和光电效应方程；光子和自由电子互相作用的康普顿效应；德布罗意物质波假设；不确定关系；量子力学波函数；薛定谔方程以及薛定谔方程用于求解一维势阱和势垒问题；氢原子的玻尔理论、量子力学关于氢原子的主要结果和原子的壳层结构等。
17.1 黑体辐射普朗克量子假设17.1.1 热辐射黑体辐射定律当加热一块铁块时，温度在3000C以下，只感觉到它发热，看不见发光。
随着温度的升高，不仅物体辐射的能量越来越大，而且颜色开始呈暗红色，继而变成赤红、橙红、黄白色，达15000C，出现白光。
其它物体加热时发光的颜色也有类似随温度而改变的现象。
这说明在不同温度下物体能发出不同波长的电磁波。
实验表明，任何物体在任何温度下，都向外发射波长不同的电磁波，在不同的温度下发出的各种电磁波的能量按波长的分布不同。
这种能量按波长的分布随温度而不同的电磁辐射叫做热辐射。
实验表明:热辐射具有连续的辐射能谱,并且辐射能按波长的分布主要决定于物体的温度。
温度越高,光谱中与能量最大的辐射所对应的波长越短。
同时随着温度升高,辐射的总能量也增加。
为定量描述某物体在一定温度下发出的能量随波长的分布，引入“单色辐射本领”（也叫单色辐射度）的概念：温度为T时,辐射体表面上单位面积在单位时间内所辐射的波长在λ附近单位波长范围内电磁波能量。
通常用e(λ,T)表示，单位:瓦/米3（W/m3）。
任何物体在任何温度，不仅能辐射电磁波，还能吸收电磁波。
不同物体发射(或吸收)热辐射的本领往往是不同的。
理论和实验表明：热辐射吸收本领大的物体，发射热辐射的本领也大。
白色表面吸收热辐射的能力小,在同温度下它发出热辐射的本领也小;表面越黑, 吸收热辐射的能力就越大,在同温度下它发出热辐射的本领也越大。
17-2光电效应和康普顿效应
0 2 0.0243 sin
2
2
（Å）….(11)
注意： 上式与实验符合得很好，波 长偏移与散射物质无关， 仅决定于散射角。 散射光中有原来入射波波长 mV 是光子和束缚很强的电子 （即整个原子）相互作用的结果。 原子质量小的物质，原子对电 子的束缚也较小 相对而言， 自由电子多，康普顿散射强
G
K2
U
R
E K1
iH
ip
IS3 IS2 I S1
U
1）光电子数与入射光强成正比；
2）光电子数的初动能与入射光的频率有 关，而与入射光强度无关。 3）光照后，光电子可立即从金属中逸出。
二）爱因斯坦光子假设（1905年） 光是一束以C运动着的粒子流，每一个光子 所带能量=h，不同的频率的光子具有不同 的能量。
Compton实验否定了这一说法。 一）康普顿实验 早在1904年伊夫（AS . Eve)发现射线 被物质散射后波长变长的现象,康普顿 相继研究了射线及X射线的散射,他先 确定了伊夫的发现又用自制的X射线分 光计,测定了X射线经石墨沿不同方向的 散射的定量关系,1923年发表论文作出了解释.
1)实验装置 0.71Å
(mV ) (
2 2 2
mC h( 0 ) m0C (3) h 0 2 h 2 h 0 h 2
C ) ( C ) 2 C C
2 2 2 0 2
cos (4)
m V C h h 2h 0 (1 cos )(5)
式（3）2-（5）
即光不仅在发射和吸收时表现出量子性，而且在空间 传播时也表现出量子性---提出了辐射的电磁场也具有量 子性。
1 2 h mvmax A0 2
量子物理习题解答
量子物理习题解答习题17—1 用频率为1ν的单色光照射某一金属时，测得光电子的最大初动能为E k 1；用频率为2ν的单色光照射另一种金属时，测得光电子的最大初动能为E k 2。
那么［ ］(A) 1ν一定大于2ν。
(B) 1ν一定小于2ν。
(C) 1ν一定等于2ν。
(D) 1ν可能大于也可能小于2ν。
解：根据光电效应方程，光电子的最大初动能为 A h E k -=ν由此式可以看出，E k 不仅与入射光的频率ν有关，而且与金属的逸出功A 有关，因此我们无法判断题给的两种情况下光电子的最大初动能谁大谁小，从而也就无法判断两种情况下入射光的频率的大小关系，所以应该选择答案(D)。
习题17—2 根据玻尔的理论，氢原子中电子在n =5的轨道上的角动量与在第一激发态的角动量之比为［ ］(A) 5/2。
(B) 5/3。
(C) 5/4。
(D) 5。
解：根据玻尔的理论，氢原子中电子的轨道上角动量满足n L = n =1，2，3……所以L 与量子数n 成正比。
又因为“第一激发态”相应的量子数为n =2，因此应该选择答案(A )。
习题17—3 根据玻尔的理论，巴耳末线系中谱线最小波长与最大波长之比为［ ］(A) 5/9。
(B) 4/9。
(C) 7/9。
(D) 2/9。
解：由巴耳末系的里德佰公式⎪⎭⎫⎝⎛-==221211~n R H λν n =3，4，5，…… 可知对应于最大波长m ax λ，n =3；对应于最小波长min λ，n =∞。
因此有 H H R R 53631211122max =⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-λ； HH R R 421112min =⎪⎭⎫⎝⎛=-λ 所以953654max min =⨯=λ最后我们选择答案(A)。
习题17—4 根据玻尔的理论，氢原子中电子在n =4的轨道上运动的动能与在基态的轨道上运动的动能之比为［ ］(A) 1/4。
(B) 1/8。
(C) 1/16。
(D) 1/32。
高中数学光电效应知识点
高中数学光电效应知识点
本文档旨在提供高中数学光电效应的完整知识点。
以下是相关
内容的简要概述：
1. 光电效应基本原理：
- 光电效应是指当光照射到金属表面时，产生电子发射的现象。
- 光电效应的起因是光子与金属表面电子的相互作用。
2. 光电效应的主要特点：
- 光电子发射的电流随着入射光强度的增加而增大。
- 光电子发射的动能与入射光的频率有关，而与光的强度无关。
- 光电效应发生需要入射光的频率大于临界频率。
3. 光电效应公式：
- 光电效应的基本公式为：E = hf - ϕ，其中E为光电子的动能，h为普朗克常量，f为光的频率，ϕ为金属的逸出功。
4. 光电效应的应用：
- 光电效应在太阳能电池中起着重要作用，将太阳光转化为电能。
- 光电效应还广泛应用于光电管、照相机光电测光、激光技术等领域。
5. 光电效应的研究历程：
- 光电效应的研究始于19世纪末，经过爱因斯坦、普朗克等科学家的进一步研究和解释，才逐渐明确了光电效应的基本原理。
以上是高中数学光电效应的简要知识点概述，希望对您有所帮助。
第二节光的粒子性
四.康普顿效应
康普顿正在测晶体 对X 射线的散射
按经典电磁理论： 如果入射X光
是某种波长的电磁 波，散射光的波长 是不会改变的！
五.康普顿效应解释中的疑难
1.经典电磁理论在解释康普顿效应 时遇到的困难
①根据经典电磁波理论，当电磁波 通过物质时，物质中带电粒子将作受 迫振动，其频率等于入射光频率，所 以它所发射的散射光频率应等于入射 光频率。
③因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关， 所以波长改变和散射角有关。
康普顿散射实验的意义
1.有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；
2.首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设 3.证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量 和能量守恒定律仍然是成立的。
康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期 的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由 于“混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只 考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。
遏止电压与光强无关，与频 率有关
当入射光照射到光电管 的阴极时，无论光强怎样微 弱，几乎在一开始就产生了 光电子
例题讲解
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，验电器的指针就张开一个角度，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
因为光照条件一定时，K发射 的电子数目一定。
实验表明：
入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射 的光电子数越多。
一.光电效应的实验规律
(2)存在遏止电压和截止频率
a.存在遏止电压UC：使光电流减小到零的反向电压。
U=0时，I≠0， 因为电子有初速度 A
高中物理：光电效应知识点总结
高中物理：光电效应知识点总结一、光电效应1、光电效应如图17－2－1所示，用弧光灯照射锌板，与锌板相连的验电器就带正电，即锌板也带正电这说明锌板在光的照射下发射出了电子。
（1）定义：在光的照射下物体发射出电子的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。
（2）研究光电效应的实验装置（如图17－2－2所示）阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K 在受到光照时能够发射光电子，电源加在K与A之间的电压大小可以调整，正负极也可以对调。
2、光电效应的规律（1）光电效应的实验结果首先在入射光的强度与频率不变的情况下，I－U的实验曲线如图17－2－3所示，曲线表明，当加速电压U增加到一定值时，光电流达到饱和值I m。
这是因为单位时间内从阴极K射出的光电子全部到达阳极A，若单位时间内从阴极K上逸出的光电子数目为n，则饱和电流I m=ne式中e为电子电荷量，另一方面，当电压U减小到零，并开始反向时，光电流并没降为零，这就表明从阴极K逸出的光电子具有初动能，所以尽管有电场阻碍它运动，仍有部分光电子到达阳极A，但是当反向电压等于－U c时，就能阻止所有的光电子飞向阳极A，使光电流降为零，这个电压叫遏止电压，它使具有最大初速度的电子也不能到达阳极A，如果不考虑在测量遏止电压时回路中的接触电势差，那么我们就能根据遏止电压－U c来确定电子的最大速度v m和最大动能，即在用相同频率不同强度的光去照射阴极K时，得到的I －U曲线如图17－2－4所示，它显示出对于不同强度的光，U c是相同的，这说明同频率、不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的。
此外，用不同频率的光去照射阴极K时，实验结果是：频率愈高，U c愈大，如图17－2－5，并且与U c成线性关系，如图17－2－6。
频率低于ν0的光，不论强度多大，都不能产生光电子，因此，ν0称为截止频率，对于不同的材料，截止频率不同。
（2）光电效应的实验规律①饱和电流I m的大小与入射光的强度成正比，也就是单位时间内逸出的光电子数目与入射光的强度成正比（见图17－2－4）。
光电效应爱因斯坦方程
= 1.7eV
24
1916年美国物理学家罗伯特·密立 根 (Robert Andrews Millikan,1868 ～ 1953)历经十年，发表了光电效应实验 结果，验证了爱因斯坦的光量子说。 （获1923年诺贝尔物理学奖）
密立根 4
二 光电效应
A V
光照射在金属K上，有电子 逸出，在电场作用下飞向阳 极A，成为光电流iP。
光控继电器示意图
光
放大器 接控件机构
光电倍增管
17
社会应用--图像传感器
18
能源- 太阳电池
19
例1 波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上。钠的逸出功为 2.28eV。求：(1)这种光的光子能量和动量；(2)光电子逸出钠 表面时的动能；(3)若光子的能量为2.40eV，其波长为多少？
解： (1) E = hν = hc = 4.42×10−19 J = 2.76eV λ
这一点也是经典物理不能解释的。按经典物理，电子从光 波场中吸取能量要有一定的时间积累，光强愈小，积累的 时间越长。
10
三、 光子假说 与爱因斯坦方程 1、光子假说
光是一束以c运动着一粒一粒的粒子流，每一个光子 所带能量ε=hν，不同的频率ν的光子具有不同的能量。 这些粒子就是光量子，现称光子。
11
一能流密度为s的光量子光子组成的单色光单位时间通过垂直于光传播方向的单位面积的光子数为n显然光强越大s大单位时间入射到金属表面的光子数n越大获得光子的电子数也越多即光电子数与光强成正比
光电效应 爱因斯坦方程
1
光电效应
在一定频率光的照射下，金属或其化合物表 面发出电子的现象叫做光电效应。发射出来的电 子叫光电子。
1916年，密立根（Milika n ） 对光电效应进行了精密测量 也由此获1923年的诺贝尔奖 （另一原因是他用油滴法精 确地测定了电子电量）。
高中物理17.2 光的粒子性导学案 新人教版选修
高中物理17.2 光的粒子性导学案新人教版选修17、2 光的粒子性导学案新人教版选修3-5【学习目标】1、通过实验了解光电效应的实验规律。
2、知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
3、了解康普顿效应，了解光子的动量【重点、难点】重点：光电效应的实验规律难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义【自主学习】一、光电效应定义：在照射下从物体发射出的现象，发射出来的电子叫做、二、光电效应的实验规律1、认识研究光电效应的电路图如右图，光线经窗口照在阴极K上，便有逸出光电子。
光电子在电场作用下形成。
2、光电效应的实验规律（1）存在饱和电流在上图的实验中，保持光照的条件不变，在初始电流较小的情况下，随着所加电压的增大，光电流，但是存在一个，即：光电流达到此值以后，即使增加电压，光电流也不再增加。
（2）存在遏止电压在上图的实验中，即使电压为0，光电流也不为，只有将所加电压反向的时候（在光电管间形成使电子减速的电场），光电流才可能为。
使光电流减小到0的反向电压称为，用符号表示。
遏止电压的存在表明：，初速度的上限应该满足关系：。
实验表明：对于一定颜色的光，遏止电压都是，与光照强度，这表明：光电子的能量只与有关，而与无关。
（3）存在截止频率实验还表明，当入射光的频率减小到某一数值νc时，即使不施加反向电压也没有光电流，这表明已经没有了，这个频率称为，也就是说当：入射光的频率小于时，将不发生光电效应。
（4）光电效应具有瞬时性当入射光频率超过截止频率νc 时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时产生光电流，这个时间不超过。
三、光电效应解释中的疑难按照经典电磁理论，对于光电效应该如何解释？还应得出如下的结论：（1）（2）（3）但是这些结论与观察到的现象不符，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。
四、爱因斯坦的光量子假设1、内容：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的组成的。
光电效应实验报告
一、 引言当光束照射到金属表面时，会有电子从金属表面逸出，这种现象被称之为“光电效应”。
对于光电效应的研究，使人们进一步认识到光的波粒二象性的本质，促进了光的量子理论的建立和近代物理学的发展。
现在观点效应以及基于其理论所制成的各种光学器件已经广泛用于我们的生产生活、科研、国防军事等领域。
所以在本实验中，我们利用光电效应测试仪对爱因斯坦的方程进行验证，并且测出普朗克常量，了解并用实验证实光电效应的各种实验规律，加深对光的粒子性的认识。
二、 实验原理1. 光电效应就是在光的照射下，某些物质内部的电子背光激发出来形成电流的现象；量子性则是源于电磁波的发射和吸收不连续而是一份一份地进行，每一份能量称之为一个能量子，等于普朗克常数乘以辐射电磁波的频率，即E=h*f （f表示光子的频率）。
2. 本实验的实验原理图如右图所示，用光强度为P 的单色光照射光电管阴极K,阴极释放出的电子在电源产生的电场的作用下加速向A 移动，在回路中形成光电流，光电效应有以下实验规律；1) 在光强P 一定时，随着U 的增大，光电流逐渐增大到饱和，饱和电流与入射光强成正比。
2) 在光电管两端加反向电压是，光电流变小，在理想状态下，光电流减小到零时说明电子无法打到A,此时eUo=1/2mv^2。
3) 改变入射光频率f 时，截止电压Uo 也随之改变，Uo 与f 成线性关系，并且存在一个截止频率fo,只有当f>fo 时,光电效应才可能发生，对应波长称之为截止波长（红限），截止频率还与fo 有关。
4) 爱因斯坦的光电效应方程：hf=1/2m(Vm)^2+W,其中W 为电子脱离金属所需要的功，即逸出功，与2)中方程联立得：Uo=hf/e – W/e 。
光电效应原理图3.光阑：光具组件中光学元件的边缘、框架或特别设置的带孔屏障称为光阑，光学系统中能够限制成像大小或成像空间范围的元件。
简单地说光阑就是控制光束通过多少的设备。
主要用于调节通过的光束的强弱和照明范围。
光电效应的产生机理
光电效应的产生机理
一、光电效应的产生机理
光电效应是指当光照射到一种特定的物体时，其物质所释放出来的电能，即电流、电压或电荷，可以被观测到。
它是一种自然现象，是由于不同种类的物质在光照作用下，可以产生电子和电离粒子的能量而产生。
1、总体机理
光电效应的机理可以概括为：由于光照射到物体上，能够激发物体上的电子，使物质的电荷分布发生变化，从而产生电流或电压，从而达到电子的转移和转变。
2、光与物质的相互作用
其中，光与物质的相互作用是光电效应的核心。
物质是由原子组成的，每个原子由带电粒子组成，而光则是由电磁波组成的。
电磁波可以激发物质中的电子，使物质的电荷分布发生变化，从而产生电流或电压。
3、光电效应的类型
基于光与物质的相互作用，光电效应可以分为三种类型：
（1）光导电效应：这是由光激发物质内部的电子，使物质的电荷分布发生变化，从而产生电流或电压的光电效应。
（2）光电动效应：这是由光照射到物质表面，产生电荷，再被物质内部的电场吸引，从而产生电流或电压的光电效应。
（3）光电离效应：这是指光照射到物质时，物质内部的电子可
能被激发，从而产生电子和电离粒子，以及原子核的电荷变化，以至于产生电流或电压的光电效应。
光电效应和普朗克常量的测定-实验报告
光电效应和普朗克常量的测定创建人：系统管理员总分：100实验目的了解光电效应的基本规律，学会用光电效应法测普朗克常量；测定并画出光电管的光电特性曲线。
实验仪器水银灯、滤光片、遮光片、光电管、光电效应参数测试仪。
实验原理光电效应：当光照射在物体上时，光子的能量一部分以热的形式被物体吸收，另一部分则转换为物体中一些电子的能量，是部分电子逃逸出物体表面。
这种现象称为光电效应。
爱因斯坦曾凭借其对光电效应的研究获得诺贝尔奖。
在光电效应现象中，光展示其粒子性。
光电效应装置：S为真空光电管。
内有电极板，A、K极板分别为阳极和阴极。
G为检流计（或灵敏电流表）。
无光照时，光电管内部断路，G中没有电流通过。
U为电压表，测量光电管端电压。
由于光电管相当于阻值很大的“电阻”，与其相比之下检流计的内阻基本忽略。
故检流计采用“内接法”。
用一波长较短（光子能量较大）的单色光束照射阴极板，会逸出光电子。
在电源产生的加速电场作用下向A 级定向移动，形成光电流。
显然，如按照图中连接方式，U 越大时，光电流I 势必越大。
于是，我们可以作出光电管的伏安特性曲线，U=I 曲线关系大致如下图：随着U 的增大，I 逐渐增加到饱和电流值IH 。
另一方面，随着U 的反向增大，当增大到一个遏制电位差Ua 时，I 恰好为零。
此时电子的动能在到达A 板时恰好耗尽。
光电子在从阴极逸出时具有初动能221mv ，当U=Ua 时，此初动能恰好等于其克服电场力所做的功。
即：||212a U e mv = 根据爱因斯坦的假设，每粒光子有能量hv =ε。
式中h 为普朗克常量，v 为入射光波频率。
物体表面的电子吸收了这个能量后，一部分消耗在克服物体固有的逸出功A 上，另一部分则转化为电子的动能，让其能够离开物体表面，成为光电子。
于是我们得到爱因斯坦的光电效应方程：A m hv +=2v 21 由此可知，光电子的初动能与入射光频率成线性关系，而与光强度无关。
（光强度只对单位时间内逸出物体表面的光电子的个数产生影响） 光电效应的光电阈值：红限：当入射光频率v 低于某一值0v 时，无论用多强的光照都不会发生光电效应。
光电设计课程设计
光电设计课程设计一、教学目标本课程旨在通过光电设计的学习，让学生掌握光电效应的基本原理，了解光电器件的工作原理和应用，培养学生对光电技术的兴趣和热情，提高学生的实际操作能力和创新能力。
1.掌握光电效应的基本原理。
2.了解光电器件的工作原理和应用。
3.理解光电技术在现代科技领域的重要地位。
4.能够运用光电效应的基本原理分析和解决实际问题。
5.能够操作光电器件，进行简单的光电实验。
6.能够运用光电技术进行简单的创新设计。
情感态度价值观目标：1.培养学生对光电技术的兴趣和热情。
2.培养学生创新精神和团队合作意识。
3.培养学生关注社会热点，用所学知识解决实际问题的意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括光电效应的基本原理、光电器件的工作原理和应用、光电技术的实际操作和创新设计。
1.光电效应的基本原理：介绍光电效应的定义、产生条件、光电流的特性等。
2.光电器件的工作原理和应用：介绍光电器件的分类、工作原理、应用领域等。
3.光电技术的实际操作和创新设计：介绍光电设备的操作方法、实验技巧，以及如何运用光电技术进行创新设计。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。
1.讲授法：用于讲解光电效应的基本原理、光电器件的工作原理等理论内容。
2.讨论法：用于探讨光电技术的应用前景、发展趋势等热点问题。
3.案例分析法：通过分析具体的光电案例，让学生了解光电技术在实际中的应用。
4.实验法：让学生亲自动手进行光电实验，提高学生的实际操作能力。
四、教学资源为了保证教学的顺利进行，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的光电设计教材，为学生提供系统的理论知识。
2.参考书：提供丰富的光电技术相关参考书籍，拓展学生的知识面。
3.多媒体资料：制作精美的课件、视频等多媒体资料，提高学生的学习兴趣。
4.实验设备：准备充足的光电实验设备，确保学生能够进行充分的实验操作。
通过以上教学资源的支持，我们将努力提高光电设计课程的教学质量，帮助学生掌握光电技术的基本知识和技能，培养学生的创新能力和实践能力。
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3.
光電效應解釋
電子一次吸一個光子(不累積) 金屬不變時, EK只與ν有關, 與光強無關 產生條件 h ν >W0 （可得 W0=hνc） 光強大 光子數多 產生的光電子多 I大
4.
光電效應顯示光具粒子性，光能也是量子 化的
總結光電效應有關規律
1.
光電效應方程 Ｅｋ＝ｈν－Ｗ０ WO由金屬極限頻率決定 W0=h ν0 發生條件 ν＞ νＣ 遏止電壓 eUC=Ｅｋ 光電流大小與光強有關 光電效應顯示光具粒子性
X 射线管 光阑
晶体
散射波长λ
λ0Βιβλιοθήκη 探 测 器 X 射线谱仪石墨体 (散射物质 散射物质) 散射物质
練習題
1. 在光電效應電路中, 所有元件完好, 光照射 到光電管上, 靈敏電流計中没有電流通過, 原因可能是( B ) A. 入射光太弱 B. 入射光波長太長 C. 光照時間短 D. 電源電壓不適合 2. 已知紫光的頻率是7.5x1014Hz, 普朗克常 量6.63x10-34 J．s 1) 該紫光在真空中的波長是 4x10-7 _____________m 2)功率為5W的紫光燈, 每秒發射出 1019 _____________個光子
1.
經典物理的困難
1. 2. 3.
UC應與光強有關? 光足夠強,就會發生, 為何有νc ? 光很弱時,應要累積較長時間?
量子假說
二. 愛因斯坦的解釋
1.
2.
光子說(1905)：光是由一個個不可分割的 能量子(光子)組成的, 頻率為ν的光的能量 子為hν 愛因斯坦光電效應方程
Ｅｋ＝ｈν－Ｗ0 其中 ＥＫ為光電子最大初動能 ν為入射光的頻率 Ｗ是金屬的逸出功
17-2 光電效應
赫兹在研究電磁波中發現:
光電效應
實驗裝置:
概念：電壓(U),光電流(I), 光顏色(頻率ν),光強 改變 ν 改變 U 改變 光強 觀察 I
光強
ν
U
I
ν與 I
用不同色光照射鋅板 截止頻率ν0
U與I關系
Ｕ順向：光電流 逆向：？
遏止電壓ＵＣ
G
A
陽 極
K
陰 極
1 2 me ∨ c 2
實驗驗證: 密立根實驗
把光電效應方程變為
W0 h UC = υ e e
函數 自變量
三. 康普頓效應-光子的動量
定義: 光經散射後波長變大的現象 光子的動量 因 E=mc2=hν, p=mc 所以 P= h /λ 解釋: 光子也具有動量, 碰撞時 光子與電子 構成的系統滿足 能量守恆 動量守恆
康普頓散射實驗裝置
V
= eU c
飽和電流與光強
I
飽 和I M 電 流
光強較強
遏 止 電 壓
光強較弱 強較弱
Uc
O
U
一. 光電效應實驗現象
1.
定義：當光線照射在金屬表面時，金屬中 有電子逸出的現象，稱為光電效應。
逸出的電子稱為光電子。 在外加電壓作用下,形成的電流稱光電流。
2. 實驗規律
有遏止電壓Uc和截止頻率νc 光電子有最大初動能 EK = mevc2/2 = eUc Uc與光照ν有關 當光的ν＜νc時，不能產生光電效應 νc 與金屬有關 2. 有飽和電流 I 與U無關, 但與光強有關 3. 瞬時性(10-9秒)
3. 分別用λ和 3λ/4的單色光照射同一金屬，發出的 光電子的最大初動能之比為1∶2．以h表示普朗 克常量，c表示真空中的光速，則此金屬板的逸 出功是多大？極限(截止)頻率是多大?
2hc 2hc W= 3λ 2c υc = 3λ