高中物理:光的粒子性

一、光電效應

1、在光（包括不可見光）照射下從物體發射出電子（即光電子）的現象叫做光電效應。

2、光電效應的規律

（1）任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光頻率必須達到並大於這個極限頻率才能產生光電效應。

（2）光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光頻率的增大而增大（線性關係）。

（3）入射光照到金屬上時，光電子的發射幾乎是瞬時的（t＜10—9秒）。

（4）當入射光頻率大於極限頻率時，光電流的強度與入射光強度成正比。

金屬中的自由電子，由於受到晶格正離子的吸引，必須從外部獲得足夠的能量才能從金屬中逸出。

按照經典的波動理論，光的能量是由光的強度決定的，而光的強度又是由光波的振幅決定的，跟頻率無關。因此無論光的頻率如何，只要光的強度足夠大或照射時間足夠長，都能使電子獲得足夠的能量產生光電效應。然而這跟實驗結果是直接矛盾的，所以無法用經典的波動理論來解釋光電效應。

 

二、光子說

在普朗克（德國物理學家）認為電磁波的能量是不連續的基礎上，愛因斯坦提出光子說即空間傳播的是一份一份地進行的，每一份的能量等於hv，每一份叫一個光子。v是光的頻率。

光子說對光電效應的解釋：光子照射到金屬上時，某個電子吸收光子的能量後動能變大，若電子的動能增大的足以克服的原子核的引力時，便飛出金屬表面，成為光電子。

1、光子的能量和頻率有關，金屬的逸出功是一定的，光子的能量必須大於逸出功才能發生光電效應，這就是每一種金屬都存在一個極限頻率的原因。

2、光照射到金屬上時，電子吸收光子能量不需積累，吸收能量立刻增大動能，若大於逸出功便逸出金屬表面成為光電子。

3、電子吸收光子能量後，從金屬表面逸出，其中金屬表面電子克服逸出功飛出金屬表面具有大初動能，根據能量守恆，應是：。

該方程稱為愛因斯坦光電方程，顯然最大初動能和入射光子的頻率有關。

 

三、光的波粒二象性

光的幹涉、衍射等現象表明光具有波動性，而光電效應又無可爭辯地表明光具有粒子性。現在，人們認識到，光既具有波動性又具有粒子性，也就是說光具有波粒二象性。

從概率波來理解：

大量光子產生的效果往往顯示波動性。

個別光子產生的效果往往顯示粒子性。

從各種頻率電磁波的探測來理解；

低頻率光子容易顯示波動性。

高頻率光子容易顯示粒子性。

要理解各種頻率的電磁波，就必須綜合運用波動觀點和粒子的觀點，這是由于波動性與粒子性是光所具有的不可分割的屬性，即波粒二象性。

例、如圖，陰極K用極限波長λ0=0.66μm的金屬銫製成，用波長λ=0.50μm的綠光照射陰極K，調整兩個極板電壓。當A板電壓比陰極高出2.5V時，光電流達到飽和，電流表示數為0.64μA，求：

（1）每秒鐘陰極發射的光電子數和光電子飛出陰極時的最大初動能。
（2）如果把照射陰極綠光的光強增大為原來的2倍，每秒鐘陰極發射的光電子和光電子飛出陰極的最大初動能。

分析：

（1）當陰極發射的光電子全部達到陽極A時，光電流達到飽和，由電流可知每秒到達陽極的電子數，即每秒發射的電子數。由愛因斯坦光電效應方程可計算最大的初動能。

（2）光強加倍，每秒鐘發射的光電子數加倍，但入射光頻率不變，發射的光電子的最大初動能不變。

解析：

（1）光電流達到飽和時，陰極發射的光電子全部到達陽極A，陰極每秒鐘發射的光電子的個數。

個

根據愛因斯坦光電方程，光電子的最大初動能：

J

J。

（2）如果照射光的頻率不變，光強加倍，根據光電效應實驗規律，陰極每秒發射的光電子數

個

光電子的最大初動能仍然是J。

▍ 編輯：Wulibang（ID：2820092099）

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