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可見(jiàn)光的波長(zhǎng)是從380-800nm,對(duì)應(yīng)光子的能量是hν:3.2eV-1.5eV。如果普朗克關(guān)系成立的話(huà),這意味著每個(gè)可見(jiàn)光的光子有大致eV量級(jí)的能量。如果光子把這份能量全部給金屬中的電子的話(huà),金屬中的電子就有可能會(huì)從金屬中逃逸出來(lái),這就是所謂光電效應(yīng)。 對(duì)金屬而言,金屬的外層電子是屬于金屬全體的,它們可以在金屬內(nèi)部自由運(yùn)動(dòng),但它們要脫離金屬,還需要克服一個(gè)金屬表面的逸出功φ,才能跑到金屬外面去。 根據(jù)能量守恒,入射光子的能量是hν,假設(shè)全部能量都傳遞給金屬中的電子,電子消耗逸出功φ,從金屬中跑出去,此時(shí)電子的動(dòng)能就是:K=hν-φ。 有了這個(gè)公式就能很容易地解釋光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。比如:對(duì)入射光子來(lái)說(shuō),存在截止頻率,即光波的頻率必須大于一個(gè)臨界值,才能觀察到光電子從金屬中跑出來(lái),這個(gè)截止頻率對(duì)應(yīng)的就是逸出功的存在,算出來(lái)是:φ/h。 光電效應(yīng)最顯著的特征是,光電子的產(chǎn)生只和頻率有關(guān),與光強(qiáng)無(wú)關(guān),只要光子頻率大于φ/h,就有光電子出射,并且?guī)缀鯖](méi)有響應(yīng)時(shí)間,只需要小于10的-9次方秒,光電子就會(huì)產(chǎn)生。 這說(shuō)明光可以瞬間把能量傳遞給電子,幾乎沒(méi)有能量積累的過(guò)程,這說(shuō)明光在這里只能被看做是個(gè)粒子,而不能被看做是經(jīng)典的電磁波。 這在一百多年前是很難想象的。因外當(dāng)時(shí)光是電磁波剛剛被赫茲實(shí)驗(yàn)所證實(shí),而根據(jù)光是電磁波的理論。光的能量由電磁波的振幅決定,這個(gè)振幅是可以連續(xù)取值的,并不存在光的最小能量單位hν,再者金屬中的電子和光的相互作用在經(jīng)典電磁學(xué)的框架下應(yīng)被描述為電子在電磁波的電場(chǎng)分量作用下的受迫振動(dòng),在這個(gè)圖像下,電子只可能在特征頻率下被激發(fā)起來(lái),更大的頻率并不能使電子獲得更多的能量。 |
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