光电效应——Einstein的光子学说 当hv>W时,从金属中发射的电子具有一定的动能,它随频率的增加而增加,与光强无关。但增加

2．光电效应——Einstein的光子学说：

 

光子说的提出： 19世纪80年代发现了光电效应。首先认识到Planck能量量子化重要性的是Einstein（爱因斯坦），他将能量量子化的概念应用于电磁辐射，并用以解释光电效应。

光电效应：是光照在金属表面上，金属发射出电子的现象。金属中的电子从光获得足够的能量而逸出金属，称为光电子，由光电子组成的电流叫光电流。

实验事实是：

（1）在有两个电极的真空玻璃管，两极分别加上正负电压。当光照在正极上，没有电流产生；而当光照在负极上则产生电流，电流强度与光的强度成正比。

（2）对于一定的金属电极，仅当入射光的频率大于某一频率时，才有电流产生。

（3）由光电效应产生的电子动能仅随光的频率增大而增加而与光的强度无关。

（4）入射光照射到金属表面，立即有电子逸出，二者几乎无时间差。

对于上述实验事实，应用经典的电磁波理论得到的却是相反的结论。根据光波的经典图象，波的能量与它的强度成正比，而与频率无关。因此只要有足够的强度，任何频率的光都能产生光电效应，而电子的动能将随着光强的增加而增加，与光的频率无关，这些经典物理学家的推测与实验事实不符。

1905年爱因斯坦（A. Einstein）依据普朗克的能量子的思想，提出了光子说，圆满地解释了光电效应。其要点是：

（1）光的能量是量子化的，最小能量单位是 ，称为光子。

（2）光为一束以光速c运动的光子流，光的强度正比于光子的密度，为单位体元内光子的数目。

（3）光子具有质量m，根据相对论原理，

    

     对于光子ν=c，所以m₀为0，即光子没有静止质量。

（4）光子有动量P

P = mc =  

(5) 光子与电子碰撞时服从能量守恒和动量守恒。

将频率为ν的光照射到金属上，当金属中的一个电子受到一个光子撞击时，产生光电效应，光子消失，并把它的能量hv转移给电子。电子吸收的能量，一部分用于克服金属对它的束缚力，其余则表现出光电子的动能。

上式中的W是电子逸出金属所许的最少能量。称脱出功，它等于hv₀。Ek是自由电子的动能，它等于mv²/2。当hv<W时，光子没有足够的能量使电子逸出金属，不发生光电效应。当hv=W时，这时的频率是产生光电效应的临阈频率（v₀）。当hv>W时,从金属中发射的电子具有一定的动能,它随频率的增加而增加,与光强无关。但增加光的强度可增加光束中单位体积内的光子数，因而增加发射电子的速率。

只有把光看成是由光子组成的才能理解光电效应，而只有把光看成波才能解释衍射和干涉现象。光表现出波粒二象性。