光电效应-爱因斯坦光量子理论

535字

光电效应

饱和光电流 $i_m$

当入射光强度 $I$ 一定时,光电流随加速电压 $U$ 的增大而增大,但当加速电压增大到一定值时,光电流达到最大值,此时的光电流称为饱和光电流,用 $i_m$ 表示。

饱和光电流与光强成正比,与入射光的频率无关。

截止电压 $U_a$

当加速电压减少到 $0$ 且反向变为负值时,光电流不直接变为 $0$,而是逐渐减小。

当反向电压加到一定值时,光电流变为 $0$,此时的电压称为截止电压,用 $U_a$ 表示。

$$eU_a = \frac{1}{2}m_{e}v^2_{\text{m}}$$

截止频率 $\nu_0$

当入射光的频率 $\nu$ 增大时,截止电压 $U_a$ 随之线性增大,即
$$U_a = \frac{h\nu - A}{e}$$

存在截止频率 $$\nu_0 = \frac{A}{h}$$ 当 $\nu < \nu_0$ 时,光电效应不发生。 $A$ 为逸出功。

弛豫时间

无论光强怎样微弱,光电效应滞后时间不超过 $10^{-9},\text{s}$。

与经典理论的矛盾

  1. 光电子的最大初动能与入射光的频率有关,而与光强无关。
  2. 当入射光的频率小于截止频率时,无论光强多大,光电效应都不发生。
  3. 无论光强怎样微弱,不需要累计时间,光电效应就会立即发生。

爱因斯坦光量子理论

对于频率为 $\nu$ 的光量子,其能量 $\varepsilon$ 与频率成正比,即 $$\varepsilon = h\nu$$ 其中 $h$ 为普朗克常数。

光量子后改称为光子,沿用至今

爱因斯坦光电效应方程

$$\frac{1}{2} m_e v^2_{\text{m}} = h\nu - A$$ 式中 $A$ 为逸出功。

光的强度

$$I = Nh\nu$$ 式中 $N$ 为单位时间内通过单位面积的光子数。

光的波粒二象性

将 $\varepsilon = h\nu$ 代入 $E = mc^2$ 可得 $$m = \frac{h\nu}{c^2} = \frac{h}{c\lambda}$$
则光子的相对论动量为 $$p = mc = \frac{h\nu}{c} = \frac{h}{\lambda}$$

使用 Hugo 构建
主题 StackJimmy 设计