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        1. 光電效應的現象難題

          所屬專題:光電效應方程  來源:滬江高考資源網    要點:光電效應方程  
          編輯點評: 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=hv-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。

          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(Photoelectric effect)。光電效應分為光電子發射、光電導效應和阻擋層光電效應,又稱光生伏特效應。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,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。

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