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光电发射的基本定律

2023.2.02

光电发射定律的依据是爱因斯坦的光量子理论:1.光辐射具有粒子性,每个光子的能量是 。只要光子能量足够大,一个光子可以激发一个电子从发射体逸出。2.光辐射的强度越大,光子数越多,激发的电子数也越多。因此光电流与入射光强成正比。3.入射光频率越高,光子能量越大,电子吸收光子能量后,除 了付出为逸出表面所需要的逸出功外,留下的动能越大。

光电发射的基本定律有:1.斯托列托夫定律(光电发射第一定律):当入射光的频率成分不变时,饱和光电流与入射的光辐射强度成正比。2.爱因斯坦定律(光电发射第二定律):光电发射体发射的光电子的最大动能随入射光频率的增大而线性增加,与入射光强无关。即爱因斯坦方程

 ,m为光电子质量,vmax为出射光电子的初始速度,Ew为逸出功。3.光电发射的红限:上式中令Vmax=0,得

 ,或者是

 ,λ0、v0称为红阈波长和红阈频率。

图1 光电效应装置图1 光电效应装置

金属及其化合物在光的照射下释放出电子的现象。这个现象是德国物理学家赫兹(H.R.Hertz)于1887年首先发现的。1888年俄国物理学家斯托列托夫用如图1所示装置研究了光电效应。图1中S为一个抽成真空的玻璃容器,阴极K为一块金属或金属氧化物乎板,A为阳极,C为一石英小窗,G是检流计,E是电池组。当极扳受到一定强度的单色光照射时,检流汁显示有电流通过,若将K板与电源正极相连,A板与电源负极相连,检流计中则无电流通过,可见被照射的金属极板放出的是电子,称作光电子。这些光电子在电场的作用下,不断地由A板向A板流动形成电流,这种电流叫做光电流。

光电效应的实验规律如下:①阴极(发射光电子的金属材料)发射的光电子数(即光电流的大小)与入射光的强度成正比。②光电子的初动能与入射光的频率有关,而与入射光的强度无关。入射光的频率越高,光电子的初动能越大。③仅当照射物体的光频率大于(或等于)某个确定值时,物体才能发出光电子,这个频率v0叫做极限频率(或叫做截止频率),相应的波长λ0叫做红限波长。不同物质的极限频率v0和相应的红限波长λ0是不同的。④产生光电流的过程非常快,一般不超过10-9秒,停止用光照射,光电流就立即消逝,这表明光电效应是瞬时的。光电效应的规律用光的波动说无法圆满解释。1905年爱因斯坦提出了光量子假设后,这现象才得到满意解释。

光也可以入射到物体内部,例如晶体内部。这时在光照射下释放出的电子仍留在物体内部,它使物体导电性增加,这种光电效应叫做内光电效应。通常所说的光电效应是指电子逸出的现象,也叫做外光电效应。

利用光电效应制作的光电管能灵敏迅速地把光讯号转变为电讯号。在电视、有声电影、自动控制等方面得到广泛应用。


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