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Alevel物理干货:神奇的光电效应

本文出处:Alevel辅导 发布时间:2018-09-29 15:14:56 字体大小: A+ A-

  光电效应是物理学中一个神奇而有趣的现象。光电效应是指在某个特定的频率的电磁波的照射下,物体表面的电子被激发的现象,被激发的电子称为光电子(photoelectron)

  光电效应最初是由德国的物理学家赫兹发现的,赫兹发现用紫外线照射两个锌小球之一,两个锌小球之间容易产生电火花。然而如果换成可见光,就什么现象都没有发生,即使改变了光的强度。于是科学家就懵逼了。

  之后就是一段漫长的研究过程,终于一位大神级别的物理学家——爱因斯坦,提出了光子的理论,解释了为什么只有紫外线可以,并且完美地解释了光电效应,并因此而获得了1921年的诺贝尔物理学奖。

  爱因斯坦提出了光是由一个个光子(photon)组成的,而光子是携带能量的,光子的能量可以由E=hf 计算而得,其中h为普朗克常数(Planck constant )。根据这个公式,可以看出光的频率越高,光子的能量越大。光子的能量是可以传递的,那么当光子的能量具体需要多大才能是电子激发呢?

  爱因斯坦还提出了一个公式:hf= Ø+mv2/2 其中 Ø 是功函数(work function),代表着电子被激发所需要的最小能量,这个能量其实就是原子核和电子之间的吸引力,功函数的大小有材料本身决定。当hf0= Ø时,f0就是临界频率(threshold frequency),就是能使待定材料表面发生光电效应的最小频率。mv2/2就是动能,为电子提供了激发的速度

  那么,我们前文提到,为什么提高光的强度还是不能产生光电效应呢?这是因为改变光的强度只是改变了光子的个数。这就好像我们考试,60分及格,考了59分,如果我多考了几次,但还是59分,还是不及格,考试考了再多,考不到60分依旧不及格。爱因斯坦还提出了一个电子只能吸收一个光子的能量,所以只有当单个光子的能量高于功函数的时候,光电效应才会发生。

  所以,总的来说,光电效应是指高于特定频率的电磁波照在材料表面上发生电子激发的现象。光电效应的发生条件为每个光子必须满足hf>Ø。

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