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通过大量的实验总结出光电效应具有如下实验规律:

1.每一种金属在产生光电效应时都存在一极限频率(或称截止频率),即照射光的频率不能低于某一临界值。相应的波长被称做极限波长(或称红限波长)。当入射光的频率低于极限频率时,无论多强的光都无法使电子逸出。

2.光电效应中产生的光电子的速度与光的频率有关,而与光强无关。

3.光电效应的瞬时性。实验发现,即几乎在照到金属时立即产生光电流。响应时间不超过十的负九次方秒(1ns)。

4.入射光的强度只影响光电流的强弱,即只影响在单位时间单位面积内逸出的光电子数目。在光颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大,即一定颜色的光,入射光越强,一定时间内发射的电子数目越多。

光电子发射效应涉及两个定律

在光(包括不可见光)照射下

从物体发射出电子(光子)的现象叫做光电效应。

对光电效应的研究,得出如下结论

(1)任何一种金属,都有一个极限频率,入射光频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应

(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光频率的增大而增大(线性关系)

(3)入射光照到金属上时,光电子的发射几乎是瞬时的( t<10-9秒)

(4)当入射光频率大于极限频率时,光电流的强度与入射光强度成正比。

这就是光电效应的规律。

金属中的自由电子,由于受到晶格正离子的吸引,必须从外部获得足够能量才能从金属中逸出。

按照波动理论,光的能量是由光的强度决定的,而光的强度又是由光波的振幅决定的,跟频率无关。因此无论光的频率如何,只要光的强度足够大或照射时间足够长,都能使电子获得足够的能量产生光电效应。然而这跟实验结果是直接矛盾的,所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。

爱因斯坦光电效应方程是

hυ=(1/2)mv2+I+W

式中(1/2)mv2是脱出物体的光电子的初动能。

金属内部有大量的自由电子,这是金属的特征,因而对于金属来说,I项可以略去,爱因斯坦方程成为

hυ=(1/2)mv2+W

假如hυ<W,电子就不能脱出金属的表面。对于一定的金属,产生光电效应的最小光频率(极限频率) υ0。由

hυ0=W确定。相应的红限波长为 λ0=C/υ0=hc/W。

发光强度增加使照射到物体上的光子的数量增加,因而发射的光电子数和照射光的强度成正比

所以,对于同一金属材料,当都能发生光电效应时,难易程度为,紫外,可见光,红外

光电发射第一定律——斯托列托夫定律:当照射到光阴极上的入射光频率或频谱成分不变时, 饱和光电流(即单位时间内发射的光电子数目)与入射光强度成正比。

光电发射第二定律——爱因斯坦定律:光电子的最大动能与入射光的频率成正比,而与入射光强度无关。

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