Question

光电效应的规律与经典的光的波动理论的矛盾

1.按光的波动理论，光的强度由光振动的振幅决定，光的强度与频率无关，因此不论频率如何，只要照射时间长或光的强度大就可以产生光电效应，但实验结果表明：产生光电效应的条件却是入射光频率大于某一极限频率，且光电效应的最大初动能与入射光频率成线性关系，均与光强无关。根据能量的观点，电子要从物体中飞出，必须使之具有一定的能量，而这一能量只能来源于照射光，为什么实验表明发射电子的能量与照射光的光强无关，而与光的频率有关？？？2.光电效应产生的时间极短···一束很细的光照射到物体上时，它的能量将分布到大量的原子上，不可能在极短时间内把足够的能量集中到电子上而使之从物体中飞出？？？

Answer 1

光电效应及其规律 　　金属及其化合物在电磁辐射照射下发射电子的现象称为光电效应，而把所发射的电子称为光电子。光电效应表明：光能可以直接转化为机械能，即光电子的动能。 　　 图 3 所示的是研究光电效应的一种实验装置。在光电管的阳极 A 和阴极 K 之间加上直流电压 U ，当用频率足够高的单色光照射 K 时，阴极上会有光电子逸出，它们在加速电场的作用下飞向阳极 A ，而形成电流 I ，称为光电流。 　　光电效应的实验规律可以概括为以下四点： 　　⑴饱和光电流 I s 与入射光强度成正比。 　　 如果用一定频率和强度的单色光照射阴极 K ，改变加在 A 和 K 两极间的电压 U ，测量光电流 I 的变化，则可得图 4 所示的伏安特性曲线。实验表明：光电流 I 随正向电压 U 的增大而增大，并逐渐趋于其饱和值 I s ；而且，饱和电流 I s 的大小与入射光强度成正比。这一实验结果可以解释为，当光电流达到饱和时，阴极 K 上所有逸出的光电子全部飞到了阳极 A 上，即： I s = ne ，其中 n 是单位时间内阴极 K 上逸出的光电子数。因此光电效应的上述实验结果也可以表述为：单位时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光强度成正比。 　　⑵光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光强度无关。 　　由图 5 可见， A 和 K 两极间的电压为零时，光电流并不为零，只有当两极间加了反向电压 U = -U 0 <0 时，光电流 I 才为零， U 0 称为截止电压。上述事实表明，从阴极逸出的光电子必有初动能。当 U =0 时，两极间没有外加电场，仍有光电子具有足够的动能从阴极飞到阳极；只有当反向电压足够大，以至等于 -U 0 时，就是那些具有最大初动能的光电子也必须将其初动能全部用于克服电场力作功而无法到达阳极，这时光电流 I 才为零，即： 。图 4 则可以表明：光电子的最大初动能与入射光的强度无关。 　　 在保持饱和光电流的大小不变的条件下，改变入射光的频率 ν 而得到的实验曲线如图 6 所示，实验表明，当入射光频率 ν 逐渐增大时，截止电压 U 0 将随之线性地增加，即： U 0 = αν - φ ，式中 α 是与阴极金属材料性质无关的普适常量，而 φ 则是由阴极金属材料性质决定的一个量。由以上得出的两个表达式可以得到： 。即光电子的最大初动能随入射光频率的增加而线性地增加。 　　⑶对于同一种金属，只有当入射光频率 ν 大于一定的红限频率 ν 0 时，才会产生光电效应。 　　令 φ = αν 0 ，有 ，由此可见，对于给定的金属材料制成的阴极，当入射光频率低到某值 ν 0 时，光电子的最大初动能为零。若入射光频率再降低，则无论光的强度多大，都没有光电子产生，不发生光电效应。这个由阴极金属材料性质决定的频率 ν 0 ，称为金属的截止频率，或红限频率。 　　⑷光电效应是瞬时发生的。 　　实验发现，只要入射光的频率 ν > ν 0 ，无论光多么微弱，从光照射阴极到光电子逸出，这段时间不超过 10 -9 s 。光电效应的发生时间如此之短，通常称它是瞬时发生的。

Answer 2

是呀，所以经典的波动理论不适用于光。要用概率波代替经典的波才对呀。

Answer 3

光的发射、传播和接收都是一份一份的，每一份就是不可分割的一个光子，这就是光的粒子性。

每一个光子所具有的的能量和光的频率成正比。光的强度大只是说明这束光单位时间内携带的光子数量多，每个光子具有的能量不一定大。好比在水平地面上有一堵2米高的台阶，有一些人想翻上去，抢馒头吃，这些人能吃到的馒头取决于那些能上台阶的人，上不去的，人再多也吃不到馒头。（光子不会搭人墙。。。）