爱因斯坦的光电效应方程

1、经典电磁理论对光电效应现象解释的困难

(1)波动理论无法解释极限频率,按经典电磁理论,电磁波的能量可以叠加和积累,那么遏止电压就应与光的强弱有关,而与光的频率无关,也就不应存在截止频率,但实验事实却是遏止电压与光的强弱无关,也确实存在截止频率.

(2)光电子最大初动能的大小应与光强有关,与频率无关.

(3)弱光照射时应有能量积累过程,不应瞬时发生.

2.爱因斯坦光电效应方程

(1)光子说:爱因斯坦于1905年提出,在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫作一个光子,光子的能量跟它的频率成正比,即ε=hν,式中h是普朗克常量(h=6.63X10⁻³⁴J·s),ν是光的频率.

(2)逸出功:使同一种金属上的不同电子脱离该金属需要做的功是不同的,但是存在一个最小值,这个最小值对同一种金属而言是一定的,我们把这个最小的功叫作该金属的逸出功,用W₀表示.不同金属的逸出功不同,逸出功只跟金属的种类有关.

(3)光电效应方程:Ek=hν一W₀.

其中E为光电子的最大初动能,W₀为金属的逸出功.注意要正确理解光电效应方程.

3.对光电效应方程的理解

(1)式中Ek是光电子的最大初动能,就某个光电子而言,其离开金属时的动能大小可以是0~Ek范围内的任何数值.

(2)光电效应方程表明,光电子的最大初动能与入射光的频率ν呈线性关系(注意不是正比关系),与光强无关.

(3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件,即Ek=hν一W₀>0,亦即hν>W₀,ν>W₀/h=νc,而νv=W₀/h就是被照射金属的极限频率.

(4)光电效应方程实质上是能量守恒方程,即能量为E=hν的光子被电子所吸收,电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力做功,另一部分就是电子离开金属表面时的动能.如果克服吸引力做功最少为W₀,设电子离开金属表面时动能最大为Ek,根据能量守恒定律可知Ek=hv-W₀.

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