(共18张PPT)
17.2光的粒子性
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光的粒子性
朱广泽
巍山一中
物理组
用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电 器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
一.光电效应的实验规律
1.光电效应
当光线（包括不可见光）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。逸出的电子称为光电子。
一.光电效应的实验规律
光电子定向移动形成的电流叫光电流
2.光电效应的实验规律
（1）存在饱和电流
光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。
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。
思考：为什么要加正向电压？不加正向电压电路中有电流吗？
分析解答：光束照在阴极K上会发生光电效应现象，但只有极少的电子能到达阳极A，电路中电流很小。加了正向电压后，大量的电子在电场力的作用下向阳极运动，形成较大电流。（加正向电压的目的是放大实验效果，增强实验“可见性”）。
思考：保持光照条件不变，逐渐加大两极之间的电压，大家分析光电流会怎样变化？
阳极
阴极
：使光电流减小到零的反向电压
－
+ + + + + +
一 一 一 一 一 一
v
加反向电压，如右图所示：
光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运动。若
最大的初动能
U=0时，I≠0，
因为电子有初速度
则I=0，式中UC为遏止电压
(2)存在遏止电压和截止频率
a.存在遏止电压UC
E
E
U
F
K
A
实验表明:对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何,遏止电压是一样的. 光的频率 ν改变时，遏止电压也会改变。
(2)存在遏止电压和截止频率
a.存在遏止电压UC
光电子的能量只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。
I
I
s
U
a
O
U
黄光（ 强）
黄光（ 弱）
光电效应伏安特性曲线
遏
止
电
压
饱
和
电
流
兰光
U
b
思考：对刚才的实验，加了遏止电压后，如果再增大入射光的强度，电路中会有光电流吗？减弱光的强度，遏止电压会减小吗？
经研究后发现：
b.存在截止频率νc
对于每种金属，都相应确定的截止频率ν c 。
当入射光频率ν > ν c 时，电子才能逸出金属表面；
当入射光频率ν < ν c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。
(2)存在遏止电压和截止频率
实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的极限频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。
更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10－9 秒（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。
光电效应在极短的时间内完成
(3)具有瞬时性
阳极
阴极
猜测：电子是怎样吸收入射光的能量的呢？
当年爱因斯坦等大量科学家也在做这样类似的猜测。
思考：如果入射光的频率超过截至频率，做两次实验，第一次用很弱的光照射，第二次用很强的光照射，请问那一次光电子从锌板跑出来的时间长些？
勒纳德等人通过实验得出以下结论：
①对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；
② 当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大；
③光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；
④入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒.
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。
逸出功W0
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。
光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。
①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压UC应与光的强弱有关。
②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。
③如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于10 -9 S。
√
实验表明:对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何,遏止电压是一样的.
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。
二.光电效应解释中的疑难
1.光子：
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。
爱因斯坦的光子说
爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：
三.爱因斯坦的光电效应方程
2.爱因斯坦的光电效应方程
或
——光电子最大初动能
——金属的逸出功
W0
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：
3.光子说对光电效应的解释
①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当hν>W0时，才有光电子逸出， 就是光电效应的截止频率。
②电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。
③光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。
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光子说对光电效应的解释
由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。
爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。
4.光电效应理论的验证
美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。
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
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
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