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06-22-03
光电效应


太阳能电池模块在显微镜下的图象

 


  光照射在某种金属导体上时,有可能使金属中的电子逸出金属表面。这种现象称为光电效应。

  为了使金属中的电子挣脱金属晶体点阵的束缚而逸出金属表面,必须做一定数量的功,这个功称为电子的逸出功

  逸出功越大的金属,电子越不易逸出金属表面。使电子逸出的方法主要有:加热提高电子的热运动的能量,发射热电子。例如电子管,阴极射线管等;也可以用高速带电粒子去撞击电子使金属内部的电子获得足够的能量而逸出金属体外;在光电效应中则是用光照射金属,使电子逸出金属体外。

 


  如图所示,电源 B 对阳极 A和阴极K提供的电源为,且 ,使两极间形成一个场强方向由A极指向K极的电场E。K 、A两极间是断路的,电流计G的示数为零。当一定强度的单色光投射到阴极K上时,K极释放出的电子称为光电子,在电场力驱动下,全部飞往A 极,光电流I 达到饱和电流
----当电源反接时,,场强由K 级指向A极,从K极逸出的光电子在逆向电场力作用下减速飞向A极;若
   
时,恰好飞(不)到 A 极, 则称为遏止电压

  定律:
  1.单位时间内自阴极金属的表面逸出的光电子数与入射光强度成正比。
    

  2.光电子的初动能和入射光的频率成线性关系,而和入射光的强度无关。  
    
k 是与材料性质无关的普适常数, 决定于材料的性质)

  3.要产生光电效应,入射光的频率不能小于  称为红限(截止频率)

  4.只要入射光的频率大于红限 ,则一开始照射,几乎立刻(10-9s)就会产生光电效应。

 

阳极A与阴极K之间的电压从负→0→正过程的I~UAK图:


  1.按光的波动说,辐射能决定于光的强度。既然光电子的初动能应随入射光的强度增大,只要光强度足够大(无论频率多少),电子就能吸收到足够多的能量而逸出。这与以上实验定律2 3 不符合。

  2.按光的波动说,金属中的电子从入射光波中连续不断地吸收能量时,应该积累到一定的量值才能达到逸出功,即需要积累一段时间,而且,入射光线越弱,积累时间应愈长,这又与实验定律 4 不符合。

  总之,经典电磁波理论无法解释光电效应的实验结果。