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光电效应和爱因斯坦的光量子论光电效应和爱因斯坦的光量子论19世纪末，人们已发现，当光照射某些金属表面上时，电子会从金属表面逸出。这种现象称为光电效应。产生的电子称为光电子，光电子在电场加速下形成光电流。光电效应是赫兹在1887年发现的.1896年汤姆逊发现了电子之后,勒纳德证明了光电效应中发出的是电子一、光电效应1、实验装置当紫外线照射在金属K的表面上时，如K接电源的负极，A接电源的正极，则可以观察到电路中有电流。这是由于在光照射到金属K上，金属中的电子从表面上逸出来，并在加速电势差的作用下，从K到达A.从而在电路中形成电流。GVGDKA光AkUVV光电效应伏安特性曲线饱和电流光强较强光强较弱截止电压IaU1sI2sIOU（1）饱和光电流强度与入射光强成正比（ν不变）。说明单位时间内从阴极逸出的光电子数和光强成正比。当光电流达到饱和时，阴极K上逸出的光电子全部飞到了阳极上。2、光电效应的实验规律mI截止电压(遏止电势差）ameUmv221光电子的最大初动能与入射光强无关。(可利用此公式，用测量遏止电势差的方法来测量光电子的最大初动能)im2im1I2>I1-UaU（2）光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大这表明：此时从阴极逸出的最快的光电子，由于受到电场的阻碍，也不能到达阳极了。根据能量分析可得光电子逸出时的最大初动能和截止电压的关系为是光电子逸出金属表面时的最大速度当电压U=0时，光电流并不为零；只有当两极间加了反向电压U=Ua<0时，光电流才为零，此电压称为截止电压(遏止电势差)。mv0UKUa0221eUekeUmvam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。k：与金属材料无关的普适常数。U0：对同一金属是一个常量，不同金属不同。ameUmv221把代入上式可得Ov0vUaCsNa截止电压Ua与入射光频率ν呈线性关系实验表明，截止电压与光的强度无关，但与光频率成线性关系，（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10-9S，无滞后现象。(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。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)。ameUmv2210UkUa0221eUekmvm0212mmvkU0称为红限频率kU00二、经典物理学所遇到的困难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。1、逸出功，初动能与光强、频率的关系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。h三、爱因斯坦光量子假设（1905）h为普朗克常数h=6.626176×10-34J·s(1)光是以光速c运动的微粒流，称为光量子（光子）,每一个光量子的能量ε与辐射频率ν的关系为(2)光量子具有“整体性”，一个光子只能整个地被电子吸收或放出。3、对光电效应的解释光照射到金属表面时，金属中的自由电子吸收一个光子能量h以后，一部分用于电子从金属表面逸出所需的逸出功A，一部分转化为光电子的动能。根据能量守恒与转换律212mhmvW称爱因斯坦光电效应方程。逸出功W与金属的种类有关。0Wh因此存在红限频率3.从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系。爱因斯坦对光电效应的解释2.电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以无须时间的累积。1.光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。AhmeUma221vh=6.5710-34Js证实了爱因斯坦理论4.06.08.010.0(1014Hz)0.01.02.0Uc(...