光电效应的现象难题

所属专题:光电效应方程  来源:沪江高考资源网    要点:光电效应方程  
编辑点评: 1905年,爱因斯坦26岁时提出光子假设,成功解释了光电效应,因此获得1921年诺贝尔物理奖。他进一步推广了布兰科的理论,并导出公式,Ek=hv-W,W便是所需将电子从金属表面上自由化的能量。而Ek就是电子自由后具有的动能。

1905年,爱因斯坦提出光子假设,成功解释了光电效应,因此获得1921年诺贝尔物理奖。

光照射到金属上,引起物质的电性质发生变化。这类光变致电的现象被人们统称为光电效应(Photoelectric effect)。光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应,又称光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面,又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部,称为内光电效应。 赫兹于1887年发现光电效应,爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应(金属表面在光辐照作用下发射电子的效应,发射出来的电子叫做光电子)。光波长小于某一临界值时方能发射电子,即极限波长,对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属材料,而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关,这一点无法用光的波动性解释。还有一点与光的波动性相矛盾,即光电效应的瞬时性,按波动性理论,如果入射光较弱,照射的时间要长一些,金属中的电子才能积累住足够的能量,飞出金属表面。可事实是,只要光的频率高于金属的极限频率,光的亮度无论强弱,光子的产生都几乎是瞬时的,不超过十的负九次方秒。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。
光电效应里电子的射出方向不是完全定向的,只是大部分都垂直于金属表面射出,与光照方向无关。光是电磁波,但是光是高频震荡的正交电磁场,振幅很小,不会对电子射出方向产生影响。

光电效应说明了光具有粒子性。相对应的,光具有波动性最典型的例子就是光的干涉和衍射。
只要光的频率超过某一极限频率,受光照射的金属表面立即就会逸出光电子,发生光电效应。当在金属外面加一个闭合电路,加上正向电源,这些逸出的光电子全部到达阳极便形成所谓的光电流。 在入射光一定时,增大光电管两极的正向电压,提高光电子的动能,光电流会随之增大。但光电流不会无限增大,要受到光电子数量的约束,有一个最大值,这个值就是饱和电流。 所以,当入射光强度增大时,根据光子假设,入射光的强度(即单位时间内通过单位垂直面积的光能)决定于单位时间里通过单位垂直面积的光子数,单位时间里通过金属表面的光子数也就增多,于是,光子与金属中的电子碰撞次数也增多,因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也增多,饱和电流也随之增大。

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