1、鍵入文字光電效應的概況和應用一. 光電效應原理  1905年，愛因斯坦提出光子假設，成功解釋了光電效應，因此獲得1921年諾貝爾物理獎。光照射到金屬上，引起物質的電性質發生變化。這類光變致電的現象被人們統稱為光電效應。光電效應分為光電子發射、光電導效應和光生伏特效應。前一種現象發生在物體表面，又稱外光電效應。后兩種現象發生在物體內部，稱為內光電效應。 赫茲于1887年發現光電效應，愛因斯坦第一個成功的解釋了光電效應（金屬表面在光輻照作用下發射電子的效應，發射出來的電子叫做光電子）。光波長小于某一臨界值時方能發射電子，即極限波長，對應的光的頻率叫做極限頻率。臨界值取決于金屬材

2、料，而發射電子的能量取決于光的波長而與光強度無關，這一點無法用光的波動性解釋。還有一點與光的波動性相矛盾，即光電效應的瞬時性，按波動性理論，如果入射光較弱，照射的時間要長一些，金屬中的電子才能積累住足夠的能量，飛出金屬表面。可事實是，只要光的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度無論強弱，光子的產生都幾乎是瞬時的，不超過十的負九次方秒。正確的解釋是光必定是由與波長有關的嚴格規定的能量單位(即光子或光量子)所組成。 光電效應里，電子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金屬表面射出，與光照方向無關 ,光是電磁波，但是光是高頻震蕩的正交電磁場，振幅很小，不會對電子射出方向產生影

3、響。   光電效應說明了光具有粒子性。相對應的，光具有波動性最典型的例子就是光的干涉和衍射。 只要光的頻率超過某一極限頻率，受光照射的金屬表面立即就會逸出光電子，發生光電效應。當在金屬外面加一個閉合電路，加上正向電源，這些逸出的光電子全部到達陽極便形成所謂的光電流。 在入射光一定時，增大光電管兩極的正向電壓，提高光電子的動能，光電流會隨之增大。但光電流不會無限增大，要受到光電子數量的約束，有一個最大值，這個值就是飽和電流。 所以，當入射光強度增大時，根據光子假設，入射光的強度（即單位時間內通過單位垂直面積的光能）決定于單位時間里通過單位垂直面積的光子數，

4、單位時間里通過金屬表面的光子數也就增多，于是，光子與金屬中的電子碰撞次數也增多，因而單位時間里從金屬表面逸出的光電子也增多，飽和電流也隨之增大。 二.光電效應發展歷程 (一).光電效應理論的發展 1887年，首先是赫茲在證明波動理論實驗中首次發現的, 對發展量子理論起了根本性作用。當時，赫茲發現，兩個鋅質小球之一用紫外線照射，則在兩個小球之間就非常容易跳過電花。  大約1900年，馬克思·普朗克對光電效應作出最初解釋，并引出了光具有的能量包裹式能量這一理論。他給這一理論歸咎成一個等式，也就是E=hf，E就是光所具有的“包裹式”能量， h是一個常數，統稱普

5、朗克常數，而f就是光源的頻率。也就是說，光能的強弱是有其頻率而決定的。但就是普朗克自己對于光線是包裹式的說法也不太肯定。   1902年，勒納也對其進行了研究，指出光電效應是金屬中的電子吸收了入射光的能量而從表面逸出的現象。但無法根據當時的理論加以解釋。   1905年，愛因斯坦26歲時提出光子假設，成功解釋了光電效應，因此獲得1921年諾貝爾物理獎。他進一步推廣了布蘭科的理論，并導出公式，Ek=hf-W，W便是所需將電子從金屬表面上自由化的能量。而Ek就是電子自由后具有的動能。 (二).對光電效應的實驗研究 1887年，赫茲在做證實麥克斯韋的電磁理論的

6、火花放電實驗時，偶然發現了光電效應。赫茲用兩套放電電極做實驗，一套產生振蕩，發出電磁波；另一套作為接收器。他意外發現，如果接收電磁波的電極受到紫外線的照射，火花放電就變得容易產生。赫茲的論文紫外線對放電的影響發表后，引起物理學界廣泛的注意，許多物理學家進行了進一步的實驗研究。 1888年，德國物理學家霍爾瓦克斯證實，這是由于在放電間隙內出現了荷電體的緣故。 1899年，湯姆孫用巧妙的方法測得產生的光電流的荷質比，獲得的值與陰極射線粒子的荷質比相近，這就說明產生的光電流和陰極射線一樣是電子流。這樣，物理學家就認識到，這一現象的實質是由于光（特別是紫外光）照射到金屬表面使金屬內

7、部的自由電子獲得更大的動能，因而從金屬表面逃逸出來的一種現象。 18991902年，勒納德對光電效應進行了系統的研究，并首先將這一現象稱為“光電效應”。為了研究光電子從金屬表面逸出時所具有的能量，勒納德在電極間加一可調節反向電壓，直到使光電流截止，從反向電壓的截止值，可以推算電子逸出金屬表面時的最大速度。他選用不同的金屬材料，用不同的光源照射，對反向電壓的截止值進行了研究，并總結出了光電效應的一些實驗規律。根據動能定理：qU=mv1/2，可計算出發射出電子的能量。可得出：hf=(1/2)mv2+I+W。  深入的實驗發現的規律與經典理論存在諸多矛盾，但許多物理學家還是想在經典電磁理論

8、的框架內解釋光電效應的實驗規律。勒納德在1902年提出觸發假說，假設在電子的發射過程中，光只起觸發作用，電子原本就是以某一速度在原子內部運動，光照射到原子上，只要光的頻率與電子本身的振動頻率一致，就發生共振，電子就以其自身的速度從原子內部逸出。勒納德認為，原子里電子的振動頻率是特定的，只有頻率合適的光才能起觸發作用。勒納德的假說在當時很有影響，被一些物理學家接受。但是，不久，勒納德的觸發假說被他自己的實驗否定。當時，還有一些物理學家試圖把光電效應解釋為一種共振現象。三.光電效應的主要應用 利用光電效應可以把光信號轉變為電信號，利用光信號與電信號之間的相互轉換。可以制造光電轉換器。光電

9、器件在工農業生產、科學技術和文化生活領域內得到了廣泛的應用如應用于光功率測量、光信號記錄、電影、電視和自動控制等諸多方面。 1.光電管 光電管就是應用最普遍的一種光電器件。最早的電影是沒有聲音的后來雖然有了聲音，但那是靠留聲機來配合影片播放的聲和影配合不好時，效果當然不好我們現在能夠看到聲和影完全配合一致的有聲電影，還是多虧了光電管。影片攝制完后，要進行錄音錄音時通過專門的設備使聲音的變化轉變成光的變化，從而把聲音的“像”攝制在影片的邊緣上，形成寬窄變化的暗條紋，這就是影片邊上的音道放映電影時，利用光電管把“聲音的照片”還原成聲音方法是：在電影放映機中用強度不變的極窄的光束

10、照射音道，由于影片上各處的音道寬窄不同，所以在影片移動的過程中，通過音道的光的強度也就不斷變化；變化的光射向光電管時，在電路中產生變化的電流，把電流放大后，通過喇叭就可以把聲音放出來。   2. 光控繼電器   光電效應的應用工業生產中的大部分光電控制設備都用光控繼電器光控繼電器在工業上可以用于產品的自動計數、安全生產等方面用于自動計數時，可以把產品放在傳送帶上，光源和光電管分別放在傳送帶的兩側，每當傳送帶上輸送過去一個產品時，光線被擋住一次，光控繼電器就放開銜鐵一次，由銜鐵控制的計數器的數字就加一工人在沖床、鉆床、鍛壓機械上勞動時，

11、如有不慎，容易出事故為保證安全，可以在這些機床上安裝光控繼電器當工人不慎將手伸入危險部位時，由于遮住了光線，光控繼電器就立即動作，使機床停下來，避免事故的發生。 3. 太陽能電池  太陽電池的基本結構是:把一個大面積PN結做好上下電極的接觸引線就構成一個太陽電池。為更好地接受日光照射,正面電極不能遮光,常做成柵狀。為了減少入射光的反射,一般在表面層上再做一層減反射膜,表面層下是PN結,底電極一般做成大面積的金屬板。 目前,太陽電池的應用已十分廣泛。它已成為宇宙飛船、人造衛星、空間站的重要長期電源。在其它方面的應用也十分普遍。關于目前國內外太陽電池電源設備應用的情形

12、簡介如下:  宇宙開發觀測用人造衛星、宇宙飛船、通訊用人造衛星；航空運輸飛機、機場燈標、航空障礙燈、地對空無線電通訊；氣象觀測無人氣象站、積雪測量計、水位觀測計、地震遙測儀；航線識別航標燈、浮子障礙燈、燈塔、潮流計；通訊設備無線電通訊機、步談機、電視廣播中繼站；農畜牧業電圍欄、水泵、溫室、黑光燈、噴霧器、割膠燈；公路鐵路無人信號燈、公路導向板、障礙閃光燈、備急電話；日常生活照相機、手表、野營車、游艇、手提式電視機、閃光燈。4. 光電探測器  光電探測器是對半導體光電效應的重要應用。光電探測器是指對各種光輻射進行接收和探測的器件。其中光敏管(包括各種光敏二極管、光敏三極管和一些光敏晶體管)是此類光電器件的重要組成部分。它與我們高中教材傳感器實驗中研究的光敏電阻都是實行光電信號轉化的裝置。光電探測器在科技、生活、生產和國防建設中都有著重要的應用。例如數碼照相機、數碼攝像機、天文顯微鏡、GPS全球定位系統、氣象衛星拍攝的氣象云圖、巡航導彈目標定位等等。這些應用中最基本的是有一個非常靈敏的光電探測器。 5. 光機鼠標  根據工作原理，鼠標大致可以分為機械式、光學機械式、光電式以及軌跡球、無線等類型。鼠標雖然有很多種，當然目前最多的是光學