光电效应测普朗克常量(光电效应测普朗克常数数据处理)

80酷酷网    80kuku.com

光电效应测普朗克常量(光电效应测普朗克常数数据处理)

一、光电效应的发现历程

所谓光电效应就是指金属在光照射下发出电子的现象。主要研究历程如下:

  • 1887年赫兹在用莱顿瓶放电的实验中,发现电磁波,并确定其传播速度等于光速。

  • 1889年,霍尔瓦希斯发现清洁而绝缘的锌板在紫外光照射下获得正电荷,而带负电的板在光照射下失掉其负电荷。

  • 1900年,林纳实验证明,金属在紫外光照射下发射电子。过了两年,他进一步发现,光电效应的实验规律不能用波动说解释。

  • 1905年,爱因斯坦提出光量子假说,并用以解释光电效应。

  • 1916年,密立根比较仔细地测量了光的频率和逸出电子能量之间的关系,验证爱因斯坦的光电效应量子公式,并精确测定普朗克常量。

讲义6:量子假说之光量子,爱因斯坦的诺奖成果,什么是光的本质

二、光电效应实验

1. 单色光投射到作为正极的金属表面,引起光电子的逸出。

讲义6:量子假说之光量子,爱因斯坦的诺奖成果,什么是光的本质

若在右端的电极上加负电压(减速势)V,这个负电压的大小是电子能量的直接量度。

如果我们假定电子从正极发射出来的最大动能为E,那末,当E=eV时,就没有一个电子能够到达负极,于是电流i为零。V被称为遏止电压。

2. 光电效应的实验规律

讲义6:量子假说之光量子,爱因斯坦的诺奖成果,什么是光的本质

(1)饱和光电流:饱和光电流强度与入射光强度成正比。

(2)存在截止频率:对某一种金属来说,只有当入射光的频率大于某一频率时,电子才能从金属表面逸出,电路中才有光电流,这个频率叫做截止频率—红限.

3)驰豫时间为瞬时。当入射光频率大于截止频率时,立刻可以观测到光电子。

3. 光电效应的经典解释

1)经典物理能量积累效应解释—无法解释光电效应一触即发的实验现象

经典理论能量积累估算结果—金属板上有许多原子,每个原子都吸收能量,光照金属时间需~115天才能产生光电流。

光电效应的实验结果——光照即产生光电流,产生光电流时间T<0.0000000001秒

2)光强决定电子能量的经典理论与实验不符——光电子能量只与频率有关,与振幅无关,是经典理论不能解释的

三、光电效应的量子解释

1905年,爱因斯坦发展了普朗克的量子说。提出了光量子的概念,成功解释了光电效应,获得了1921年的诺贝尔物理学奖。

讲义6:量子假说之光量子,爱因斯坦的诺奖成果,什么是光的本质

普朗克

普朗克在解释黑体辐射时假定,电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的,能量子以不连续方式从光源发出,但仍以波的方式传播。

爱因斯坦的光量子假说:光和原子、电子一样也具有粒子性,光就是以光速c运动着的粒子流,这种粒子叫光量子。同普朗克的能量子一样,每个光量子的能量也是E=hv,根据相对论的质能关系式,每个光子的动量为p=E/c=h/λ

讲义6:量子假说之光量子,爱因斯坦的诺奖成果,什么是光的本质

爱因斯坦对光电效应的量子解释

  1. 光电效应能否产生——由光频率决定,光电子获得能量与光强无关,与频率有关。

讲义6:量子假说之光量子,爱因斯坦的诺奖成果,什么是光的本质

光电方程

2.光电效应的本质——光子内禀属性(波粒二象性),决定了阈值性,光既具有粒子性,又具有波动性,即具有波粒二象性

3.光的强度只决定光子的数目,不能决定逸出电子能量

4. 光电效应的瞬时性:

当电子一次性地吸收了一个光子后,便获得了 hv的能量而立刻从金属表面逸出,没有明显的时间滞后。

四、意义

讲义6:量子假说之光量子,爱因斯坦的诺奖成果,什么是光的本质

爱因斯坦利用光量子理论完美解释了光电效应,该理论先后被密立根的光电效应实验和康普顿效应实验所证明,从而使得爱因斯坦获得了1921年的诺贝尔物理学奖。

如果没有爱因斯坦对光子的概念的引入,很难想象我们现在能处于光电组合的信息社会,对于普通人来讲,光电信息比量子力学和相对论更加实际的影响着我们的生活。

您对光电效应有什么理解,欢迎评论区讨论吧

分享到
  • 微信分享
  • 新浪微博
  • QQ好友
  • QQ空间
点击: