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lZRi-P 光电效应
wjzR 8g0bQ (1)概述
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:a?ICe 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，即极限频率和极限波长。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。可是实是，只要光的频率高与金属的极限频率，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。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。这种解释为爱因斯坦所提出。光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应(Photoelectric effect)。 光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏打效应。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。
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!+EE*-c1c (/i? Fd (2)说明
5mqwNA v 5jNDr`pnu ①光电效应的实验规律。
?y/LMja [ ! < a．阴极(发射光电子的金属材料)发射的光电子数和照射发光强度成正比。
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b9 b．光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关。这就是说，光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。
) .$ q9G E+"m @63 c．仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时，物体才能发出光电子，这个频率蛳叫做极限频率(或叫做截止频率)，相应的波长λ。叫做红限波长。不同物质的极限频率”。和相应的红限波长λ。是不同的。
eAl;:0=%L zz m[sX} 几种金属材料的红限波长
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DM< 金 属 铯 钠 锌 银 铂
S_ER^Pkg #S|DoeFs 红限波长(埃) 6520 5400 3720 2600 1960
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o4O CF2 .,*68S0k7 d．从实验知道，产生光电流的过程非常快，一般不超过lOe-9秒；停止用光照射，光电流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。
b#[EkI 0@ 5H ^" ②解释光电效应的爱因斯坦方程：根据爱因斯坦的理论，当光子照射到物体上时，它的能量可以被物体中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量hυ后，能量增加，不需要积累能量的过程。如果电子吸收的能量hυ足够大，能够克服脱离原子所需要的能量(即电离能量)I和脱离物体表面时的逸出功(或叫做功函数)W，那末电子就可以离开物体表面脱逸出来，成为光电子，这就是光电效应。
MszX9 wl &:?2IAe 爱因斯坦方程是
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D y[A%EMd hυ=(1/2)mv2+I+W
O<>cuW(l vuoD~ =z 式中(1/2)mv2是脱出物体的光电子的初动能。
b haYbiX? T bQ5 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
*l.tsICmbP [bh8Nj\E hυ=(1/2)mv2+W
G ~X93 J i"RBk% 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
t3 rQ5m ;^DG P hυ0=W确定。相应的红限波长为 λ0=C/υ0=hc/W。
W[SZZV_(tu 7^FJ+gN8b 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。
mx=2lL` Oe)B.{;Ph ③利用光电效应可制造光电倍增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下来。
6 k+4R< 算式
&c f(} 在以爱因斯坦方式量化分析光电效应时使用以下算式：
#`o]{UfW GX#SCZ&}C 光子能量 = 移出一个电子所需的能量 + 被发射的电子的动能
_j sJS<2 1 | k?r1dj%O 代数形式：
6d{&1-@> 5DS'22GW` 其中
oD.[T)G? 4S1\5C9 h是普朗克常数，
PC)aVr?@@ f是入射光子的频率，
UAEu.AT 是功函数，从原子键结中移出一个电子所需的最小能量，
s ;2ih)[ 是被射出的电子的最大动能，
vw)lD9-" f0是光电效应发生的阀值频率，
^_ST#fFS m是被发射电子的静止质量，
zEy,aa :M vm是被发射电子的速度，
FMEW[' 注：如果光子的能量（hf）不大于功函数（φ），就不会有电子射出。功函数有时又以W标记。
13aj fH < HB@j}qi 这个算式与观察不符时（即没有射出电子或电子动能小于预期），可能是因为系统没有完全的效率，某些能量变成热能或辐射而失去了。
