§ 18-2光电效应 爱因斯坦的光子理论
光电效应 当波长较短的
可见光或紫外光照射到
某些金属表面上时,金属
中的电子就会从光中吸
取能量而从金属表面逸
出的现象 。
1,光电效应的实验规律 入射光线
OO
OO
OO
V
G
A K
B
O O
光电效应实验装置
金 属板释放的电
子称为 光电子,光电子
在电场作用下在回路
中形成光电流 。
结论 1,单位时
间内,受光照的
金属板释放出
来的电子数和
入射光的强度
成正比。
(1)饱和电流 实验表明,在一定强度的单色光照
射下,光电流随加速电势差的增加而增大,但当加速
电势差增加到一定量值时,光电流达饱和值,如
果增加光的强度，
相应的 也增大。
HI
HI
I
UO
HI
aU
光强较弱
光强较强
光电效应的伏安特性曲线
光电效应
（ 2） 遏止电势差 如果使负的电势差足够大, 从
而使由金属板表面释放出的具有最大速度的电子
也不能到达阳极时, 光电流便降为零, 此外加电
势差的绝对值 叫遏止电势差 。aU
am eUmv ?
2
2
1
实验表明：遏止电势差与光强度无关。
结论 2,光电子从金属表面逸出时具有一定的
动能，最大初动能与入射光的强度无关。
光电效应
（ 3）遏止频率 （又称红限） 实验表明：遏止电
势差 和入射光的频率之间具有线性关系。aU
0UU ?? ?Ka
SC aN aC
VUa
ZH1410/?0.4 0.6 0.8 0.10
0.0
0.1
0.2
遏止电势差与频率的关系
光电效应
K为不随金属性质不同而改变的普适恒量
0
2
2
1 UeeKmv
m ?? ?
即最大初动能随入射光的频率线性地增加，要
使光所照射的金属释放电子，入射光的频率必须
满足：
K
0U??
K
0
0
U??
称为光电效应的红限（遏止频率）0?
光电效应
（ 4）弛豫时间 实验表明，从入射光开始照射
直到金属释放出电子，无论光的强度如何，这
段时间很短，不超过 。s910?
结论 3,光电子从金属表面逸出时的最大初动
能与入射光的频率成线性关系。当入射光的频
率小于 时，不管照射光的强度多大，不会产
生光电效应。 0
?
光电效应
? 按照光的波动说,光电子的初动能应决定于入
射光的光强，即决定于光的振幅而不决定于
光的频率。
2.光的波动说的缺陷
?无法解释红限的存在。
?无法解释光电效应的产生几乎无须时间的积累。
3.爱因斯坦的光子理论
爱因斯坦从普朗克的能量子假设中得到启发,他
假定光在空间传播时,也具有粒子性,想象一束光是 一
束以 运动的粒子流,这些粒子称为光量子,现在称为
光子,每一光子的 能量为,光的能流密度决定
于单位时间内通过该单位面积的光子数 。
c ?? h?
根据光子理论,光电效应可解释如下,当金属
中一个自由电子从入射光中吸收一个光子后,就获
得能量,如果 大于电子从金属表面逸出
时所需的逸出功,这个电子就从金属中逸出 。
?h A ?h
Amvh m ?? 221?
爱因斯坦光电效应方程
爱因斯坦对光电效应的解释：
? 光强大，光子数多，释放的光电子也多，
所以光电流也大。
?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。
爱因斯坦的光子理论
爱因斯坦
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。
?从光电效应方程中，当初动能为零时，可
得到红限频率,
?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。
爱因斯坦的光子理论
22 c
hc
cm ??
?
?
?
?
?
h
c
hcmp ???
分别为光子的质量和动量。?m p
4.光的波 -粒二象性
光不仅具有波动性，还具有粒子性。这种双重
性称为波 -粒二象性。
波动性和粒子性之间的联系如下：
例 18-3 波长 l =4.0× 10-7m的单色光照射到金属铯
上，求铯所释放的光电子最大初速度。
Ahmv m ?? ?221
利用关系 0??? hAc ??
代入已知数据 m /s1050.6 5??mv
解：铯原子红限频率 =4.8× 1014 Hz,据爱
因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能：
0?
光电效应
光电管
5.光电效应的应用
光电倍增管
解,(1) 按照经典电磁理论,照射到离光源 d处的圆面积内
的功率是
例题 18-4 设有一功率 P=1W的点光源,d=3m处有一钾薄片,
假定钾薄片中的电子可以在半径 r=0.5× 10-10m的圆面积范
围内收集能量,已知钾的逸出功为 a=1.8eV,(1)按照经典电
磁理论,计算电子从照射到逸出需要多长时间 ;(2)如果光
源发出波长为 的单色光,根据光子理论,
求每单位时间打到钾片单位面积上有多少光子,nm3.5 8 9??
WWPP m mdr 23)3(4 )105.0(4 10712 21022 ??? ?????? ?????
假定这些能量全部被电子所吸收,那么可以计算出光开始
照射到电子逸出表面所需的时间为：
st W JPA 4 0 0 023 9107 106.18.1 ??? ? ?? ???
爱因斯坦的光子理论
)(105.5
)(1088.0
216
22
)3(4
0.1
4 22
smeV
smJI
m
W
d
P
???
?????
?
?
??
)(106.2 216
1.2
105.5 1216
sm
N eV smeVI
???
?? ??? ????
每单位时间打在距光源 3m的钾片单位面积上的能量为
eVJ
h
m
smsJhc
1.2104.3 19
103.589
1031063.6
9
1834
???
???
?
?
?????
?
??
???
的每一个光子的能量为波长为 nm3.5 8 9(2) 按照光子理论,
爱因斯坦的光子理论
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光电效应 当波长较短的
可见光或紫外光照射到
某些金属表面上时,金属
中的电子就会从光中吸
取能量而从金属表面逸
出的现象 。
1,光电效应的实验规律 入射光线
OO
OO
OO
V
G
A K
B
O O
光电效应实验装置
金 属板释放的电
子称为 光电子,光电子
在电场作用下在回路
中形成光电流 。
结论 1,单位时
间内,受光照的
金属板释放出
来的电子数和
入射光的强度
成正比。
(1)饱和电流 实验表明,在一定强度的单色光照
射下,光电流随加速电势差的增加而增大,但当加速
电势差增加到一定量值时,光电流达饱和值,如
果增加光的强度，
相应的 也增大。
HI
HI
I
UO
HI
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光强较弱
光强较强
光电效应的伏安特性曲线
光电效应
（ 2） 遏止电势差 如果使负的电势差足够大, 从
而使由金属板表面释放出的具有最大速度的电子
也不能到达阳极时, 光电流便降为零, 此外加电
势差的绝对值 叫遏止电势差 。aU
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1
实验表明：遏止电势差与光强度无关。
结论 2,光电子从金属表面逸出时具有一定的
动能，最大初动能与入射光的强度无关。
光电效应
（ 3）遏止频率 （又称红限） 实验表明：遏止电
势差 和入射光的频率之间具有线性关系。aU
0UU ?? ?Ka
SC aN aC
VUa
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遏止电势差与频率的关系
光电效应
K为不随金属性质不同而改变的普适恒量
0
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即最大初动能随入射光的频率线性地增加，要
使光所照射的金属释放电子，入射光的频率必须
满足：
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光电效应
（ 4）弛豫时间 实验表明，从入射光开始照射
直到金属释放出电子，无论光的强度如何，这
段时间很短，不超过 。s910?
结论 3,光电子从金属表面逸出时的最大初动
能与入射光的频率成线性关系。当入射光的频
率小于 时，不管照射光的强度多大，不会产
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光电效应
? 按照光的波动说,光电子的初动能应决定于入
射光的光强，即决定于光的振幅而不决定于
光的频率。
2.光的波动说的缺陷
?无法解释红限的存在。
?无法解释光电效应的产生几乎无须时间的积累。
3.爱因斯坦的光子理论
爱因斯坦从普朗克的能量子假设中得到启发,他
假定光在空间传播时,也具有粒子性,想象一束光是 一
束以 运动的粒子流,这些粒子称为光量子,现在称为
光子,每一光子的 能量为,光的能流密度决定
于单位时间内通过该单位面积的光子数 。
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根据光子理论,光电效应可解释如下,当金属
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爱因斯坦光电效应方程
爱因斯坦对光电效应的解释：
? 光强大，光子数多，释放的光电子也多，
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逸出，所以无须时间的累积。
爱因斯坦的光子理论
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物理学奖。
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波动性和粒子性之间的联系如下：
例 18-3 波长 l =4.0× 10-7m的单色光照射到金属铯
上，求铯所释放的光电子最大初速度。
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利用关系 0??? hAc ??
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解：铯原子红限频率 =4.8× 1014 Hz,据爱
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光电效应
光电管
5.光电效应的应用
光电倍增管
解,(1) 按照经典电磁理论,照射到离光源 d处的圆面积内
的功率是
例题 18-4 设有一功率 P=1W的点光源,d=3m处有一钾薄片,
假定钾薄片中的电子可以在半径 r=0.5× 10-10m的圆面积范
围内收集能量,已知钾的逸出功为 a=1.8eV,(1)按照经典电
磁理论,计算电子从照射到逸出需要多长时间 ;(2)如果光
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???
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爱因斯坦的光子理论
