第七节  光电效应

一、光电效应介绍

光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象。在高于某特定频率的电磁波照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电。光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出。科学家们在研究光电效应的过程中，物理学者对光子的量子性质有了更加深入的了解，这对波粒二象性概念的提出有重大影响。

光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。这类光变致电的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应，又称光生伏特效应。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。

按照粒子说，光是由一份一份不连续的光子组成，当某一光子照射到对光灵敏的物质(如硒)上时，它的能量可以被该物质中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量后，动能立刻增加;如果动能增大到足以克服原子核对它的引力，就能在十亿分之一秒时间内飞逸出金属表面，成为光电子，形成光电流。单位时间内，入射光子的数量愈大，飞逸出的光电子就愈多，光电流也就愈强，这种由光能变成电能自动放电的现象，就叫光电效应。

赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应（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，即极限波长，对应的光的频率叫做极限频率。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到足够的能量，飞出金属表面。可事实是，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，电子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方秒。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。

二、疑点：

1.光电效应的瞬时性（响应时间不超过十的负九次方秒（1ns））

光电效应如果是电子接受能量的问题就有个接受能量的过程，为什么具有瞬时性？

2.光电效应的方向性

光电效应光电子的产生为什么不是朝着光射入的方向射出，而是各个方向都有电子射出。如果是个碰撞问题就应该和光射入的角度有关啊？如果垂直射入光难道就打不出电子了吗？

3.光电效应的电荷问题

电子带负电荷，原子核带正电荷，光是从外向里打的，电子接受了能量就应该向带正电荷的原子核方向跑啊，为什么要向远离正电荷的方向跑呢？相反大部分的电子都是垂直于金属表面射出，刚好与正电荷背离为什么？

4.光电效应的极限频率

不同的金属发生光电效应都有个极限频率，不同的金属极限频率不同，为什么？难道不同金属的电子不同吗？

5.光电效应与光强无关

效应如果是个接受能量的问题，为什么会与光的强度无关呢？可是为什么在极限频率内为什么又与强度有关了呢？（即一定颜色的光，入射光越强，一定时间内发射的电子数目越多）。