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9 光电效应
Y[0 (1)概述
l]bCt b%_ D^G5$h i 金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限频率和极限波长。临界值取决于金属材料,而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关，这一点无法用光的波动性解释。还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面。可是实是，只要光的频率高与金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。这种解释为爱因斯坦所提出。光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应(Photoelectric effect)。 光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏打效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。
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2I8 RO\zR 0~)_/yx?S (2)说明
3U_,4qf e5 "?ol0 ①光电效应的实验规律。
jkN-( v(T Ykt{]# a．阴极(发射光电子的金属材料)发射的光电子数和照射发光强度成正比。
Fz3QSr7FU YgeU>I|v b．光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关。这就是说，光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。
l'K3)yQEJ 53i7:1[uV c．仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时，物体才能发出光电子，这个频率蛳叫做极限频率(或叫做截止频率)，相应的波长λ。叫做红限波长。不同物质的极限频率”。和相应的红限波长λ。是不同的。
N ?RJ uDW T!iRg=<bz 几种金属材料的红限波长
|X' Pa9u l6AG! 8H 金 属 铯 钠 锌 银 铂
!%1=|P X_ Q9[$ 8 红限波长(埃) 6520 5400 3720 2600 1960
k =7+JI"J kW
7 $ 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。
NIzx SGk| N9[2k.oBH 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。
tW=,o&C= KBb {Z;% 爱因斯坦方程是
F1q a`j^' cP]5Qz hυ=(1/2)mv2+I+W
Me.t_) p5`d@y\hj 式中(1/2)mv2是脱出物体的光电子的初动能。
0Xke26ga LK?V`J5wY 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
-9 L [eYn j gk JF[t` hυ=(1/2)mv2+W
?)60JWOJ1 J[?7`6\M 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
>_<J =8|E nJ ZQRRa:C hυ0=W确定。相应的红限波长为 λ0=C/υ0=hc/W。
HgY#O
r( f:).wi
Ld 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。
#Is/j = ]t23qA@^ 2 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。
[^J2<\<0 算式
2f=7`1RCD 在以爱因斯坦方式量化分析光电效应时使用以下算式：
DM73
Nn^5 OFyZY@B-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
E2
5:e EXa EE^
N01<"\ 代数形式：
fFBD5q(n ]rhxB4* 1 其中
}I Rx$ cKV $;ssW"7~Qn h是普朗克常数，
L '*P;z7< f是入射光子的频率，
7Lv5 @ 是功函数，从原子键结中移出一个电子所需的最小能量，
l5}b.B^w 是被射出的电子的最大动能，
% U4w@jp f0是光电效应发生的阀值频率，
hlgBx~S[ m是被发射电子的静止质量，
&>0ape vm是被发射电子的速度，
T9N&Nh7 3 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。
Je5UVf3>2& LvtZZX6! 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。
