光电效应讲义(同名647)
《光电效应的理论解释》 讲义
《光电效应的理论解释》讲义在物理学的众多奇妙现象中，光电效应无疑是一颗璀璨的明珠。
它不仅揭示了光的粒子性，还为现代物理学的发展奠定了重要基础。
那么，什么是光电效应？简单来说，光电效应就是当光照射到金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量而逸出金属表面的现象。
要深入理解光电效应，我们得先了解几个关键概念。
首先是光子，光具有波粒二象性，光子就是光的粒子性体现，它具有一定的能量和动量。
其次是逸出功，这是指电子从金属表面逸出时克服原子核引力所做的功。
光电效应有着一些独特的实验规律。
比如，存在一个截止频率，只有当入射光的频率高于这个截止频率时，才会产生光电效应。
而且，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，而与入射光的强度无关。
另外，在一定频率的光照射下，光电流的强度与入射光的强度成正比。
那么，如何从理论上解释这些实验规律呢？经典物理学在这个问题上遭遇了困境。
按照经典电磁理论，光的能量是连续分布的，电子吸收能量需要一定的时间积累，而且光的强度越大，电子获得的能量应该越多，从而初动能也应该越大。
但光电效应的实验结果却并非如此。
这时，爱因斯坦站了出来，他提出了光量子假说。
他认为，光是由一个个不连续的光子组成的，每个光子的能量只与光的频率有关，即E ＝hν，其中 E 是光子的能量，h 是普朗克常量，ν 是光的频率。
当光子照射到金属表面时，如果光子的能量大于逸出功，电子就能立即吸收光子的能量并逸出金属表面，无需时间积累。
这就很好地解释了为什么存在截止频率，因为当光子频率低于截止频率时，其能量不足以使电子逸出。
同时，由于光电子的最大初动能只与光子的频率有关，而与光的强度无关。
光的强度只是决定了单位时间内入射的光子数，从而决定了光电流的强度。
我们再进一步思考，光电效应的理论解释有着极其重要的意义。
它推动了量子力学的发展，让人们对微观世界的认识发生了深刻的变革。
在实际应用方面，光电效应也有着广泛的用途。
比如，光电倍增管就是利用光电效应将光信号转化为电信号的一种器件，在天文学、核物理学等领域有着重要的应用。
光电效应光电效应ppt光电效应课件
光电效应光电效应ppt光电效应课件光电效应知识背景：1887年，赫兹在证明麦克斯韦波动理论的实验中，首次发现了光电效应。
当时，赫兹注意到，用光特别是紫外光照射处在火花间隙下的电极，会使火花容易从电极间通过。
勒纳于1900年对这个效应也进行了研究，并指出光电效应应是金属中的电子吸收了入射光的能量而从表面逸出的现象。
上图即为实验装置图，入射光通过石英窗照射到金属表面（阴极）时，就有电子发射出来，当有电子到达阳极时，外电路就有电流。
若光电效应应仅此而已，则并没有什么惊奇之处。
事实上，从光电效应的实验中得到的部分结果，用经典的电磁理论却无法解释。
光电效应课件的一些重要的演示结果如下：（1）当发生光电效应时，光照强度不变时，随着电压的增大，电路内的电流也在增大，但是不会无限增大，有一个最大值，这个最大值就是饱和电流。
当光照强度再增大时，饱和电流的值也会相应的增大。
（2）当外加正向电压V足够大时，从阴极发射的电子将全部到达阳极，光电流i达到饱和。
课件演示发现，在入射光频率v一定时，饱和电流i与光强I成正比。
（3）通常即使加上反向电压，回路中还是有电流，但当反向电压大于一临界值时，电流为零，此临界值称为截止电压-V。
课件演示发现：当入射光频率v一定时，同种金属阴极材料的截止电压-V相同，与光强无关。
（4）尽管对特定的金属阴极材料，截止电压-V与光强度I无关，但它与入射频率v成正比。
从课件演示可以看到每一种阴极材料，都分别有确定的截止频率v0，称为观点效应的红线。
入射光频率v必须大于此值，才能产生光电流，否则，不论光强多大，都无光电流。
v0随着阴极材料的不同而改变。
（4）解释上述问题理论基础：1905年，爱因斯坦提出了光子假设。
这个假设认为，当光照到阴极表面时，所发射的一个电子是从一个单一能量量子获得能量。
这种能量量子被称为光子，它的能量与电磁波的频率v有关，大小为ε=hv，h为普朗克常量。
按照爱因斯坦的观点，当光入射到阴极表面时，光子被电子吸收，电子获得了hv的能量。
光电效应-ppt课件
克
份地按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功
地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究
新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从宏
观领域进入到微观领域，为量子力学的诞生奠定
了基础，牛顿之后物理学最伟大的发现之一。
1918年他荣获诺贝尔物理学奖。
死后他的墓碑上只刻着
他的姓名和 h = 6.62610 ─34 J·s
第4章 第一部分 光电效应
共一课时
一、普朗克黑体辐射理论
一、普朗克黑体辐射理论
1.背景
（1）一切物体都在辐射电磁波，这种辐射跟温度有关叫热辐射。
辐射强度及波长成分的分布随温度变化
（2）黑体：完全吸收入射的各种波长的电磁波，而不发生反射。
黑体向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。
（3）黑体辐射规律
取决于光强
运用光子说
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，最大初动能，遏制电压
4.验证：密立根
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
光电效应讲义
光电效应的研究【实验目的】1. 研究光电流与极间电压的关系。
2. 研究光电流与光通量之间的关系。
3. 掌握光电管的一些主要特性，学会正确使用光电管。
【实验仪器】光电效应实验仪。
仪器包括以下部分：-12V～24V稳压电源，光源用可调电源0～15V，数字电压表（-12V～24V），数字电流表（实验时为180～600mA），光电管电压调节电位器，光源（小灯泡）电流调节电位器，分档的高灵敏度电流计（0～20µA， 0～200µA）。
暗箱，内包括光电管，小灯泡及光源距离调节刻度尺。
【预习要求】1. 参考数据记录表，拟定测量步骤。
2. 初步了解光电管的主要特性以及实验装置的结构特点。
【研究内容与方法】1. 测伏安特性：(1) 打开仪器电源开关，将微电流量程转换开关旋到“200µA”（如实验数据较小可选择“20µA”量程），检查确认仪器工作正常（电流调节应调至最小值）。
根据原理图3，接好线路（即仪器微电流输入连接线“Q9端”连接到仪器主机，微电流输入连接线“＋”“－”分别接暗箱光电流输出“＋”“－”；仪器光源电源“＋”“－”分别接暗箱光源电源“＋”“－”）；调节输出电流调节电位器使小灯电流为规定值I L，建议参考值为250mA，在实验过程中小灯泡电流要始终保持I L不变；顺时针调节电压调节电位器，电压表显示值为正，此时在光电管上加正电压，逆时针调节电压调节电位器，电压表显示值为负，此时在光电管上加负电压。
(2) 使光源与光电管阴极的距离保持一定，调节“光电管电压调节”电位器，使光电管电压由零开始逐渐升高，同时测出若干个电压下的光电流IΦ。
(3) 调节（逆时针）“光电管电压调节电位器”，在光电管两端加上反向电压（即负电压），调节光电管电压由零开始逐渐减小（即负的增加），测出若干个电压下的光电流IΦ。
(4) 光电流IΦ为0时的电压即为反向截止电压Va。
(5) 改变光源与光电管阴极的距离，重复（1）-（4）步骤，绘制两条伏安特性曲线。
光电效应及其解释ppt课件
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。
二.爱因斯坦的光电效应理论 以普朗克量子假说为基础
4.实验规律： （3）存在截止电压 Uc（遏止电压）
反向电压为Uc时，恰好减速阻止 所有光电子到达A板。 设光电子逸出最大初速度为
由图可知 和 UC 与光的频率有 关，与光强无关！ （4）光电效应具有瞬时性
光电效应的解释中的疑难
按照光的电磁理论，应得出以下结论：
①不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足 够能量从而逸出表面，不应存在截止频率 ；
5.1光电效应及其解释
普朗克的能量子说:
带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份地辐射或吸收的， 每一份叫做一个能量子，每一个能量子的能量
ε=hν
h为普朗克常量：h=6.626×10-34J·s
光的本质是什么？
光是电磁波，它能很好地解释光的干涉、 衍射等现象，但是，光的波动说并不能成功地 说明光的所有现象。早在1887年赫兹在做电磁 的实验时，就偶然发现了一个后来被称作光电 效应的现象，这个现象使光的波动说遇到了无 法克服的困难.
康普顿提效应进一步说明光具有粒子性
四.光的波粒二象性 1.光的波动性： 干涉，衍射,偏振
2.光的粒子性：
黑体辐射，光电效 应，康普顿效应
3.光具有波粒二象性 概率波
（1）大量光子体现波动性，少量光子体现粒子性
（2）波长越长，波动性越强，波长越短，粒子性 越强
2.光电效应方程
《光电效应》 讲义
《光电效应》讲义一、什么是光电效应在物理学中，光电效应是一个非常重要的现象。
简单来说，光电效应指的是当光照射到金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量，从而逸出金属表面的现象。
这一现象看似简单，但其背后蕴含着深刻的物理原理。
比如，为什么只有特定频率的光才能引发光电效应？为什么光的强度增加，并不一定会导致更多的电子逸出？二、光电效应的发现历程光电效应的发现可以追溯到 19 世纪。
当时，科学家们在进行实验时偶然观察到了这一奇特的现象。
早期的研究中，科学家们对于光电效应的理解还非常有限。
经过一系列的实验和观察，逐渐积累了更多关于光电效应的知识。
直到爱因斯坦的出现，对光电效应做出了重要的理论解释，才使得人们对这一现象有了更深入的认识。
三、光电效应的实验观察在实验中，我们会发现一些有趣的现象。
当光的频率低于某个特定值时，无论光的强度有多大，都不会有电子逸出。
而当光的频率高于这个特定值时，即使光的强度很弱，也会有电子逸出。
而且，逸出的电子的动能与光的频率有关，而与光的强度无关。
这与经典物理学的观点是相冲突的。
四、爱因斯坦对光电效应的解释爱因斯坦提出了光子的概念。
他认为光不是连续的波，而是由一个个离散的光子组成。
每个光子的能量与光的频率成正比。
当光子的能量大于金属中电子的逸出功时，电子就能吸收光子的能量而逸出金属表面。
这一解释成功地解释了光电效应的实验现象，也为量子力学的发展奠定了基础。
五、光电效应的应用光电效应在现代科技中有着广泛的应用。
例如，在太阳能电池中，利用光电效应将光能转化为电能。
还有在光电探测器中，通过检测光电子的产生来感知光的信号。
此外，在图像传感器、激光技术等领域，光电效应也发挥着重要的作用。
六、光电效应与经典物理学的冲突按照经典物理学的观点，光的能量是连续分布的，而且光的强度越大，电子吸收的能量就越多，应该更容易逸出。
但光电效应的实验结果却表明，光的能量是不连续的，是以光子的形式存在的。
这一冲突促使了物理学的重大变革，推动了量子力学的发展。
《光电效应的理论解释》 讲义
《光电效应的理论解释》讲义在我们探索光与物质相互作用的奇妙世界时，光电效应是一个极为重要的现象。
它不仅为我们揭示了光的粒子性，还为现代物理学的发展奠定了基础。
接下来，让我们一起深入理解光电效应，并探究其背后的理论解释。
一、什么是光电效应光电效应指的是当一束光照射在金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量而逸出表面的现象。
这可不是一个简单的过程，其中蕴含着深刻的物理原理。
例如，当用紫外线照射锌板时，锌板会迅速失去电子，产生电流。
但这里有个有趣的现象，光的强度和电子逸出的数量有关，而光的频率则决定了能否让电子逸出。
二、光电效应的实验规律1、饱和电流当光的强度增加时，单位时间内逸出的光电子数也会增加，从而导致饱和电流增大。
这就好像给一个容器注水，水流越大，注满的速度就越快。
2、遏止电压无论光的强度如何，只要光的频率高于某个阈值，就会存在一个遏止电压，使得光电子无法到达阳极。
这个遏止电压与光的频率成线性关系。
3、截止频率每种金属都存在一个特定的截止频率，只有当入射光的频率高于该截止频率时，才会发生光电效应。
低于这个频率，无论光的强度多大，都不会有电子逸出。
三、经典物理学的困惑按照经典物理学的理论，光是一种连续的电磁波，其能量是均匀分布在波阵面上的。
当光照射到金属表面时，电子会逐渐积累能量，直到足够大时才会逸出。
然而，这样的理论无法解释光电效应的一些实验规律。
比如，按照经典理论，光的强度越大，电子积累能量的速度就应该越快，电子逸出的时间就应该越短。
但实际情况是，光的频率低于截止频率时，无论照射多久都不会有电子逸出。
四、爱因斯坦的光量子假说为了解释光电效应，爱因斯坦提出了光量子假说。
他认为光不是连续的波，而是由一个个离散的能量子组成，这些能量子被称为光子。
每个光子的能量与光的频率成正比，即 E ＝hν ，其中 E 是光子的能量，h 是普朗克常数，ν 是光的频率。
当光子照射到金属表面时，其能量被电子瞬间吸收。
第1讲光电效应讲义
第1讲光电效应板块一主干梳理夯实基础【知识点1】光电效应I1. 定义照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。
2. 光电子光电效应中发射出来的电子。
3. 光电效应规律(1) 每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于等于这个极限频率才能产生光电效应。
低于这个频率的光不能产生光电效应。
(2) 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。
_-9(3) 光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10 S。
⑷当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。
_____【知识点2] 爱因斯坦光电效应方程I1. 光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量尸h v 其中h= 6.63x 10-34 Js(称为普朗克常量)。
2. 逸出功W o使电子脱离某种金属所做功的最/」—3. 最大初动能发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服金属的逸出功后所具有的动能。
4. 爱因斯坦光电效应方程(1) 表达式：E k = h v- W o。
(2) 物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h v，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W o，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E k= ；m e v $。
5. 对光电效应规律的解释【知识点3】光的波粒二象性物质波1. 光的波粒二象性(1) 光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性。
(2) 光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。
(3) 光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
2. 物质波(1) 1924年，法国物理学家德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，每一个运动着的粒子都有一个波和它对应, 这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。
(2) 物质波的波长：x= p=mh v，其中h是普朗克常量。
物质波也是一种概率波。
板块二考点细研悟法培优考点1光电效应规律的理解 ［深化理解］［考点解读】1. 光子与光电子光子是指组成光本身的一个个不可分割的能量子，光子不带电；光电子是指金属表面受到光照射时发射出来 的电子。
光电效应-完整版课件
• 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。
光电效应讲义(同名647)
光电效应实验光电效应是指一定频率的光照射在金属外表时会有电子从金属外表逸出的现象。
光电效应实验对于认识光的本质及早期量子理论的发展，具有里程碑式的意义。
自古以来，人们就试图解释光是什么，到17世纪，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，提出光的微粒流学说。
惠更斯等人在17世纪提出了光的波动学说，19世纪初，托马斯•杨发展了惠更斯的波动理论，成功地解释了干预现象，并提出了著名的杨氏双缝干预实验，为波动学说提供了很好的证据。
1818年，年仅30岁的菲涅耳从光是横波的观点出发，圆满的解释了光的偏振和衍射。
1856-1865年，麦克斯韦建立了电磁场理论，指出光是一种电磁波，光的波动理论得到确立。
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。
1899年，汤姆逊测定了光电流的荷质比，证明光电流是阴极在光照射下发射出的电子流。
赫兹的助手勒纳德从1889年就从事光电效应的研究工作，1900年，他用在阴阳极间加反向电压的方法研究电子逸出金属外表的最大速度，发现光源和阴极材料都对截止电压有影响，但光的强度对截止电压无影响，电子逸出金属外表的最大速度与光强无关，这是勒纳德的新发现，勒纳德因在这方面的工作获得1905年的诺贝尔物理奖。
光电效应的实验规律与经典的电磁理论是矛盾的，按经典理论，电磁波的能量是连续的，电子接受光的能量获得动能，应该是光越强，能量越大，电子的初速度越大；实验结果是电子的初速与光强无关；按经典理论，只要有足够的光强和照射时间，电子就应该获得足够的能量逸出金属外表，与光波频率无关；实验事实是对于一定的金属，当光波频率高于某一值时，金属一经照射，立即有光电子产生；当光波频率低于该值时，无论光强多强，照射时间多长，都不会有光电子产生。
高考物理二轮复习原子物理专题光电效应讲义
光电效应1．光电效应现象。
光照使物体发射电子的现象叫光电效应现象；所发射的电子叫光电子；光电子定向移动所形成的电流叫光电流。
2. 光电效应现象的实验规律：（1）对于任何一种金属，入射光的频率必须大于某一极限频率才能产生光电效应，低于这个极限频率，无论强度如何，无论照射时间多长，也不能产生光电效应；（2）在单位时间里从金属极板中发射出的光电子数跟入射光的强度成正比；（3）发射出的光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大；（4）只要入射光的频率高于金属极板的极限频率，无论其强度如何，光电子的产生都几乎是瞬时的，不超过10—9s.3．光子说光子说的主要内容为：沿空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子；光子的能量E与光的频率ν成正比，比例系数即为普朗克常量E=hν h=6.63×10 – 34 J.s——普朗克恒量4. 爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程的图象爱因斯坦光电效应方程是能量守恒定律在光电效应现象中的表现形式逸出功和极限频率的关系:极限波长和极限频率的关系: 由得5. 光的波粒二象性光的干涉，衍射等现象充分表明光是波，而光电效应现象和康普顿效应又无可辩驳地证明了光是粒子。
事实上，光具有波动和粒子二重特性。
俗称光的波粒二象性。
光在传播时更多地表现为波动特性，在与物质微粒发生作用时更多地表现为粒子特征；波长越长的光波动性越显著，频率越高的光粒子性越显著；大量光子的整体行为表现为波动性，少量光子的个别行为表现为粒子性。
光是一种概率波，一切微观粒子都有波粒二象性15．（4分）如图所示，用导线将验电器与洁净鋅板连接，触摸鋅板使验电器指示归零，用紫外线照射鋅板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒接触鋅板，发现验电器指针张角减小，此现象说明鋅板带_________电（选填“正”或“负”）；若改用红外线重复以上实验，结果发现验电器指针根本不会偏转，说明金属鋅的极限频率_________红外线的频率（选填“大于”或“小于”）。
《光电效应》 讲义
《光电效应》讲义在物理学的众多奇妙现象中，光电效应无疑是一颗璀璨的明珠。
它不仅为我们揭示了光的粒子性，还为现代科技的发展奠定了坚实的基础。
让我们先来了解一下什么是光电效应。
简单来说，光电效应指的是当光照射到金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量而逸出金属表面的现象。
这一现象具有一些显著的特点。
首先，存在一个截止频率。
也就是说，只有当入射光的频率高于某个特定值时，才会产生光电效应。
低于这个频率，无论光的强度有多大，都不会有电子逸出。
其次，光电子的初动能与入射光的频率成正比，而与光的强度无关。
再者，光电效应是瞬间发生的，几乎没有任何延迟。
那么，为什么会出现这些奇特的现象呢？为了解释光电效应，爱因斯坦提出了光子学说。
他认为光是由一个个光子组成的，每个光子的能量与其频率成正比，即 E ＝hν ，其中 E 表示光子的能量，h 是普朗克常量，ν 是光的频率。
当光子照射到金属表面时，如果光子的能量大于金属的逸出功（使电子从金属表面逸出所需的最小能量），电子就会吸收光子的能量并逸出金属表面。
由于光子的能量取决于频率，所以只有当频率足够高时，光子的能量才能满足逸出功的要求，这就解释了截止频率的存在。
而光电子的初动能取决于吸收的光子能量与逸出功的差值。
因为光子能量由频率决定，所以光电子的初动能与频率成正比。
光电效应在实际生活中有广泛的应用。
例如，光电管就是基于光电效应制成的。
光电管能够将光信号转化为电信号，被广泛应用于自动化控制、光通信等领域。
在太阳能电池中，光电效应同样发挥着关键作用。
太阳能电池通过吸收太阳光，使电子逸出产生电流，从而实现光能到电能的转换。
此外，光电效应还在图像传感器、光电探测器等方面有着重要的应用。
总之，光电效应是物理学中一个非常重要的概念，它不仅让我们对光的本质有了更深入的理解，还推动了现代科技的快速发展。
随着科学技术的不断进步，相信光电效应在未来还会有更多令人惊喜的应用和发展。
然而，对于光电效应的研究并没有停止。
《光电效应》课件2
05
光电效应的理论模型
光子与物质的相互作用
光子与物质中的原子 或分子相互作用，导 致电子从束缚态跃迁 至自由态。
光电效应的发生取决 于光的强度和光的波 长。
光的频率决定了光子 的能量，而光子的能 量决定了电子跃迁所 需的能量。
量子力学模型
量子力学模型描述了光与物质相互作 用的过程，解释了光电效应的产生机 制。
通过求解光电子的运动方程， 可以预测电子的能量、速度和 方向等性质。
06
光电效应的发展前景
新型光电材料的研究
新型光电材料的探索
科研人员正在不断探索新型光电材料 ，以寻找具有更高光电转换效率的物 质。
材料性能的优化
通过对现有光电材料的性能进行优化 ，提高其光电转换效率和稳定性，以 满足不同应用场景的需求。
当光子与物质中的原子或分子相互作 用时，光子的能量被原子或分子吸收 ，导致电子从束缚态跃迁至自由态。
量子力学模型认为光是由粒子（光子 ）组成的，每个光子具有能量和动量 。
光电子的运动方程
光电子的运动方程描述了电子 在光电效应中的运动状态和行 为。
光电子的运动方程包括电子的 动能、势能以及它们之间的相 互作用力。
光电子学是研究光子与电子相互作用的科学， 广泛应用于光通信、光计算、光传感等领域。
04
光电效应的实验研究
光电效应的实验设备
光源
提供光子，通常使用可见光、 紫外线和红外线等不同波长的
光源。
光电接收器
检测电子，通常使用光电倍增 管或硅光电池等设备。
电流表
测量产生的电流。
恒流电源和恒压电源
为光电接收器提供稳定的电流 或电压。
光电效应的实验步骤
准备实验器材
《光电效应现象》 讲义
《光电效应现象》讲义在物理学的众多奇妙现象中，光电效应无疑是一颗璀璨的明珠。
它不仅为我们揭示了光与物质相互作用的奥秘，还为现代科技的发展奠定了坚实的基础。
接下来，让我们一同走进光电效应的奇妙世界。
一、什么是光电效应光电效应，简单来说，就是当光照射到金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量，从而逸出金属表面的现象。
想象一下，光就像一个个小小的能量包，当它们撞击到金属表面时，有足够能量的光子就能把金属中的电子“踢”出来，让它们成为自由电子。
这个过程并不是光的强度越大就越容易发生。
实际上，光电效应的发生取决于光的频率。
只有当光的频率达到一定值时，才会有电子逸出。
二、光电效应的实验发现早期的科学家们通过一系列精心设计的实验，逐渐揭示了光电效应的神秘面纱。
例如，在实验中发现，无论光的强度如何，如果光的频率低于某个阈值，无论照射多久，都不会有电子逸出。
而一旦光的频率超过这个阈值，即使光很微弱，也会在瞬间有电子逸出。
而且，逸出的电子的动能与光的频率成正比，而与光的强度无关。
这些实验结果与当时经典物理学的理论产生了巨大的冲突。
三、经典物理学的解释困境按照经典物理学的观点，光被认为是一种连续的电磁波，能量是均匀分布的。
那么，当光照射到金属表面时，电子应该逐渐积累能量，直到能量足够大时才会逸出。
而且，光的强度越大，电子获得的能量应该越多，越容易逸出。
但光电效应的实验结果却完全不符合这些预期。
这让当时的物理学家们陷入了深深的困惑。
四、爱因斯坦的光量子假说就在大家对光电效应感到困惑不解的时候，爱因斯坦站了出来，提出了光量子假说。
他认为，光不是连续的波，而是由一个个离散的能量子——光子组成的。
每个光子的能量与光的频率成正比，即 E ＝hν，其中 E 是光子的能量，h 是普朗克常量，ν 是光的频率。
当光子照射到金属表面时，电子会一次性吸收一个光子的能量。
如果这个能量大于电子逸出金属表面所需的能量（称为逸出功），电子就会逸出。
光电效应讲义
实验三 光电效应【实验目的】1. 加深对光的量子性的认识。
2. 验证爱因斯坦方程，测定普朗克常数。
3. 测定光电管的伏安特性曲线。
【实验原理】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。
1905年爱因斯坦依照普朗克的量子假设，提出了光子的概念。
他认为光是一种微粒 — 光子；频率为ν 的光子具有能量h ν，h 为普朗克常数，目前国际公认值为h =(6．6260755±0．0000040)×10-34J ·s 。
当金属中的电子吸收一个频率为ν 的光子时，便获得这光子的全部能量h ν，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的逸出功W ，电子就会从金属中逸出．按照能量守恒原理有：W v m h m +=221ν (3.1)上式称为爱因斯坦方程，其中m 和v m 是光电子的质量和最大速度，221m v m 是光电子逸出表面后所具有的最大动能．它说明光子能量h ν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ν0=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逸出功，因而ν0也是不同的。
用光电管进行光电效应实验，测量普朗克常数的实验原理如图3.1所示。
图中K 为图3.1光电效应实验原理图光电管的阴极，A 为阳极，微安表用于测量微小的光电流，电压表用于测量光电管两极间的电压，E 为电源，R 提供的分压可以改变光电管两极间的电势差。
当单色光入射到光电管的阴极K 上时，如有光电子逸出，则当阳极A 加正电势，K 加负电势时，光电子就被加速；而当K 加正电势，A 加负电势时，光电子就被减速。
当A 、K 之间所加电压U 足够大时，光电流达到饱和值I m ,当U ≤-U 0，并满足方程eU 0 =221m v m (3.2)时，光电流将为零，此时的U 0称为截止电压。
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光电效应实验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，具有里程碑式的意义。
自古以来，人们就试图解释光是什么，到17世纪，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，提出光的微粒流学说。
惠更斯等人在17世纪提出了光的波动学说，19世纪初，托马斯•杨发展了惠更斯的波动理论，成功地解释了干涉现象，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岁的菲涅耳从光是横波的观点出发，圆满的解释了光的偏振和衍射。
1856-1865年，麦克斯韦建立了电磁场理论，指出光是一种电磁波，光的波动理论得到确立。
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。
1899年，汤姆逊测定了光电流的荷质比，证明光电流是阴极在光照射下发射出的电子流。
赫兹的助手勒纳德从1889年就从事光电效应的研究工作，1900年，他用在阴阳极间加反向电压的方法研究电子逸出金属表面的最大速度，发现光源和阴极材料都对截止电压有影响，但光的强度对截止电压无影响，电子逸出金属表面的最大速度与光强无关，这是勒纳德的新发现，勒纳德因在这方面的工作获得1905年的诺贝尔物理奖。
光电效应的实验规律与经典的电磁理论是矛盾的，按经典理论，电磁波的能量是连续的，电子接受光的能量获得动能，应该是光越强，能量越大，电子的初速度越大；实验结果是电子的初速与光强无关；按经典理论，只要有足够的光强和照射时间，电子就应该获得足够的能量逸出金属表面，与光波频率无关；实验事实是对于一定的金属，当光波频率高于某一值时，金属一经照射，立即有光电子产生；当光波频率低于该值时，无论光强多强，照射时间多长，都不会有光电子产生。
光电效应使经典的电磁理论陷入困境，包括勒纳德在内的许多物理学家，提出了种种假设，企图在不违反经典理论的前提下，对上述实验事实做出解释，但都过于牵强附会，经不起推理和实践的检验。
1900年，普朗克在研究黑体辐射问题时，先提出了一个符合实验结果的经验公式，为了从理论上推导出这一公式，他采用了玻尔兹曼的统计方法，假定黑体内的能量是由不连续的能量子构成，能量子的能量为h 。
爱因斯坦以他惊人的洞察力，最先认识到量子假说的伟大意义并予以发展。
1905年，在其著名论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》中写道：“在我看来，如果假定光的能量在空间的分布是不连续的，就可以更好的理解黑体辐射、光致发光、光电效应以及其它有关光的产生和转化的现象的各种观察结果。
根据这一假设，从光源发射出来的光能在传播中将不是连续分布在越来越大的空间之中，而是由一个数目有限的局限于空间各点的光量子组成，这些光量子在运动中不再分散，只能整个的被吸收或产生。
”作为例证，爱因斯坦由光子假设得出了著名的光电效应方程，解释了光电效应的实验结果。
密立根从1904年开始光电效应实验，历经十年，用实验证实了爱因斯坦的光量子理论。
两位物理大师因在光电效应等方面的杰出贡献，分别于1921和1923年获得诺贝尔物理学奖。
密立根在1923年的领奖演说中，这样谈到自己的工作：“经过十年之久的实验、改进和学习，有时甚至还遇到挫折，在这以后，我把一切努力针对光电子发射能量的精密测量，测量它随温度、波长、材料改变的函数关系。
与我自己预料的相反，这项工作终于在1914年成了爱因斯坦方程在很小的实验误差范围内精确有效的第一次直接实验证据，并且第一次直接从光电效应测定普朗克常数h。
”爱因斯坦这样评价密立根的工作：“我感激密立根关于光电效应的研究，它第一次判决性的证明了在光的影响下电子从固体发射与光的频率有关，这一量子论的结果是辐射的量子结构所特有的性质。
”光量子理论创立后，在固体比热、辐射理论、原子光谱等方面都获得成功，人们逐步认识到光具有波动和粒子二象属性。
光子的能量E=h ν 与频率有关，当光传播时，显示出光的波动性，产生干涉、衍射、偏振等现象；当光和物体发生作用时，它的粒子性又突出了出来。
后来科学家发现波粒二象性是一切微观物体的固有属性，并发展了量子力学来描述和解释微观物体的运动规律，使人们对客观世界的认识前进了一大步。
作为第一个在历史上实验测得普朗克常数的物理实验，光电效应的意义是不言而喻的。
实验目的1． 了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解。
2． 测量普朗克常数h 。
实验原理光电效应的实验原理如图1所示。
入射光照射到光电管阴极K 上，产生的光电子在电场的作用下向阳极A 迁移构成光电流，改变外加电压U AK ，测量出光电流I 的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。
光电效应的基本实验原理如下：（1）对于某一频率，光电效应的I-U AK 关系如图2所示。
从图中可见，对一定的频率，有一电压U 0，当U AK ≤U 0时，电流为零，也就是这个负电压产生的电势能完全抵消了由于吸收光子而从金属表面逸出的电子的动能。
这个相对于阴极的负值的阳极电压U 0，被称为截止电压。
（2）当U AK ≥U 0 后，电势能不足以抵消逸出电子的动能，从而组件产生电流I 。
I 迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流I M 的大小与入射光的强度P 成正比。
（3）对于不同频率的光，由于它们的光子能量不同，赋予逸出电子的动能不同。
显然，频率越高的光子，其产生逸出电子的能量也越高，所以截止电压的值也越高，如图3所示。
（4）作截止电压U 0与频率ν 的关系图如图4所示。
U 0与ν 成正比关系。
显然，当入射光频率低于某极限值ν0（ν0随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。
（5）光电效应是瞬时效应。
即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于ν0，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为10－9秒的数量级。
说明：实际中，反向电流并不为零。
图2、图3中从零开始，是因为反向电流极小，仅为10-13～10-14数量级，所以坐标上反映不出来。
按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为ν的光子具有能量E=h ν，h 为普朗克常数。
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。
电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下的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：ν1 ν2 ν0 ν 图1实验原理图图2 同一频率,不同光强时光电管的伏安特性曲线 图3 不同频率时光电管的伏安特性曲线 图4 截止电压U 0与入射光频率ν的关系图A m h +=2021υν （1）式中，A 为金属的逸出功，2021υm 为光电子获得的初始动能，0υ为最大速度，m 为光电子的质量，ν为光的频率，h 为普朗克常数。
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：20012eU m υ=（2）阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加U AK 时I 不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流I M 的大小与入射光的强度P 成正比。
光子的能量h ν0 <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）是ν0 =A/h 。
将（2）式代入（1）式可得：0eU h A ν=-（3）此式表明截止电压U 0是频率ν的线性函数，直线斜率k =h /e ，只要用实验方法得出不同的频率对应的截止电压，求出直线斜率，就可算出普朗克常数h 。
爱因斯坦的光量子理论成功地解释了光电效应规律。
仪器介绍1 2 3 4 5 6 71汞灯电源 2汞灯 3滤色片 4光阑 5光电管 6基座 7实验仪ZKY-GD-4智能光电效应（普朗克常数）实验仪。
仪器由汞灯及电源、滤色片、光阑、光电管、智能实验仪构成，仪器结构如图5所示，实验仪的调节面板如图6所示。
实验仪有手动和自动两种工作模式，具有数据自动采集，存储，实时显示采集数据，动态显示采集曲线（连接普通示波器，可同时显示5个存储区中存储的曲线），及采集完成后查询数据的功能。
图5 仪器结构示意图图 6 实验仪面板图【实验内容及步骤】1、测普朗克常数（以400mm距离，4mm光阑为例）准备工作1、将汞灯及光电管暗箱用遮光盖盖上，接通实验仪及汞灯电源，预热20分钟。
2、调整光电管与汞灯距离为400mm并保持不变。
3、用专用连接线将光电管暗箱电压输入端与实验仪电压输出端连接起来（红—红，蓝—蓝）。
4、调零：将光电管暗箱电流输出端K与实验仪微电流输入端断开（断开实验仪一端）。
“电流量程”置于10-13档位（光电管工作情况与其工作环境，工作条件密切相关，可能置于其他挡位），调节“调零”旋钮，将电流大小调为0。
注：调零时，必须将光电管暗箱电流输出端K与实验仪微电流输入端断开，且必须断开连线的实验仪一端。
5、将断开的电流输入连接起来，按“调零确认/系统清零”键，系统进入测试状态。
测量手动1、按“手动/自动”键将仪器切换到手动模式。
2、打开光电管遮光盖，将4mm的光阑及365.0nm的滤光片安装在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。
注：先安装光阑及滤光片后打开汞灯遮光盖。
3、由高位到低位调节电压（←，→调节位，↑，↓调节值的大小）。
寻找电流为零时的电压值，以其绝对值作为U0的值，记录到表1中。
4、依次更换404.7nm，435.8nm，546.1nm，577.0nm的滤光片，重复步骤2。
注：更换滤光片时需盖上汞灯遮光盖。
5、测试结束。
自动1、按“手动/自动”键将仪器切换到自动模式。
2、此时电流表左边指示灯闪烁，表示系统处于自动测量扫描范围设置状态，用电压调节键设置扫描起始电压和扫描终止电压。
注：显示区左边设置起始电压，显示区右边设置终止电压。
建议扫描范围：365nm 、-1.90～-1.50V ；405nm 、-1.80～-1.15V ；436nm 、-1.5～-0.805V ；546nm 、-0.80～-0.40V ；577nm 、-0.85～-0.25V 。
3、 设置好后，按动相应的存储区按键，右边显示区显示倒记时30秒。