最后更新: 2025-10-23 21:58 查看: 305 次反馈能力测评会员8.2元/月赞助

光电效应

### 引言

19 世纪末，光的电磁说成功地解释了光的一系列波动现象，取得了巨大的成功。但是，光电效应现象的规律却与经典理论产生了严重的冲突。爱因斯坦大胆地借助量子论的观点，重提光的粒子性，从而圆满地解释了光电效应。同时，物理学家也发现了诸如电子等微观粒子的波动行为。近代物理学的研究表明，只有从波粒二象性出发，才能理解光和微观粒子的各种行为。

我们已经学习了光的波动性和电磁波。在本章中将了解光电效应现象；知道光电效应方程及其意义；能说明光的波粒二象性；知道实物粒子的波动性；了解微观世界的量子化特征。在学习中，经历观察光电效应实验现象的过程，体会光的波粒二象性，进一步提升科学推理和科学论证的能力。通过对电子衍射实验的了解，理解实物粒子的波粒二象性，完善对物质和运动的认识。通过相关史实，感受物理学家实事求是、不迷信权威的科学精神，体会量子理论的建立对人类认识物质世界的深远影响。

把一块锌板连接在验电器上，并使锌 板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯 照射锌板，观察验电器指针的变化。 这个现象说明了什么问题？

## 光电效应 光子说
1887 年，H. 赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，当紫外线照射到电磁波接收器间隙的负电极上时，负电极更容易产生电火花。物理学家在运用经典理论解释该现象时，遇到了难以克服的困难。当时，谁也没有想到，对这个现象的进一步研究，使得人们对光的本性的认识又前进了一大步。

### 小实验

用细砂纸打磨锌板，除去锌板表面氧化层。将锌板与验电器相连。先用带负电的橡胶棒接触锌板，使锌板带负电，此时验电器指针张开 [ 图 14–1（a）]。

![图片](/uploads/2025-10/d3493e.jpg){width=500px}

再用紫外线照射锌板，并观察验电器指针。指针张角的变化 [ 图 14–1（b）] 表明，锌板所带的负电荷减少。

![图片](/uploads/2025-10/8e0f5c.jpg){width=500px}
 
上述实验表明，经紫外线照射的锌板释放了电子。

许多实验表明，有些金属（如钾、钠、锌等）即使在太阳光的照射下也会发射出电子。金属在光的照射下发射出电子的现象称为**光电效应**（photoelectric effect），从金属表面逸出的电子叫做**光电子**（photoelectron）。

## 光电效应的实验

利用图 14–2 所示的装置可以研究光电效应所遵循的规律。图中 S 是抽成真空的容器，紫外线或可见光可以透过石英小窗 C（石英对紫外线的吸收很少）入射到容器内的金属板 K 上，板 K 的对面是另一块金属板 A，将板 A、K 分别与电源的正、负极相连。用频率、强度一定的光照射板 K，电流表指针发生偏转，这表明板 K 逸出的光电子向板 A 做定向移动形成电流，这种电流称为光电流。

![图片](/uploads/2025-10/443620.svg){width=400px}
 图 14–2 研究光电效应

当板 A 的电势高于板 K 的电势时，A、K 之间的电势差 U 称为正向电压。移动滑动变阻器的滑片，即可调节U 并观察到光电流随正向电压增大而增大。当正向电压增加到一定大小时，光电流达到饱和值（最大值）Im，此后即使再增大正向电压，光电流也不再变化。

光电子从板 K 逸出时具有初动能。即使没有正向电压的加速作用，初动能较大的光电子也可以到达板 A。将图 14–2 中的电源反接，这时板 A 的电势低于板 K 的电势，A、K 之间的电势差 U 称为反向电压。移动滑动变阻器的滑片，当电流表的示数刚好减为零时，意味着在从金属板 K 逸出的光电子中，即便具有最大初动能 Ekm 的光电子也不能到达板 A。此时的反向电压值称为反向遏止电压 Uc。

用频率一定、强度不同的两束单色光 a、b（入射光 a 的强度较大）分别进行实验，电流表与电压表示数的关系大致如图 14–3 所示。

![图片](/uploads/2025-10/c2fe8c.svg){width=400px}

换用不同金属材料极板，还可以研究光电子最大初动能与极板材料之间的关系。

## 光电效应的实验规律

实验表明，光电效应遵循以下规律：

（1）对于某种金属，入射光的频率必须大于某一频率才能产生光电效应；低于这一频率时，无论入射光强度多大，照射时间多长，都不能产生光电效应。这个频率称为截止频率。不同金属的截止频率不同，如表 14–1 所示。

表 14–1 几种金属材料的截止频率

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