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光电效应知识

英文名称

光电效应∶Photoelectriceffect

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光电效应概述

光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。

这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（Photoelectriceffect）。

光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。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。

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住足够的能量，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，光子的产

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。

光电效应里，电子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金属表面射

出，与光照方向无关,光是电磁波，但是光是高频震荡的正交电磁场，振幅很小，不

会对电子射出方向产生影响.

光电效应说明了光具有粒子性。相对应的，光具有波动性最典型的例子就是光的

色散。

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理论发展历史

光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性作用。

1887年，首先是赫兹（M.Hertz）在证明波动理论实验中首次发现的。当时，赫

兹发现，两个锌质小球之一用紫外线照射，则在两个小球之间就非常容易跳过电花。

大约1900年，马克思·布兰科（MaxPlanck）对光电效应作出最初解释，并引

出了光具有的能量包裹式能量（quantised）这一理论。他给这一理论归咎成一个等

式，也就是E=hf，E就是光所具有的“包裹式”能量，h是一个常数，统称布兰科

常数（Plancksconstant），而f就是光源的频率。也就是说，光能的强弱是有其

频率而决定的。但就是布兰科自己对于光线是包裹式的说法也不太肯定。

1902年，勒纳（Lenard)也对其进行了研究，指出光电效应是金属中的电子吸收

了入射光的能量而从表面逸出的现象。但无法根据当时的理论加以解释；

1905年，爱因斯坦26岁时提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得192

1年诺贝尔物理奖。他进一步推广了布兰科的理论，并导出公式，Ek=hf-W，W便是

所需将电子从金属表面上自由化的能量。而Ek呢就是电子自由后具有的势能。

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光电效应的分类

光电效应分为：外光电效应和内光电效应。

内光电效应是被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，

使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。外光电效应是被光激发产生的电

子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象。

外光电效应在光的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象叫做外

光电效应。

外光电效应的一些实验规律

a．仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时，物体才能发出光电子，这个频

率叫做极限频率(或叫做截止频率)，相应的波长λ0叫做极限波长。不同物质的极限频

率和相应的极限波长λ0是不同的。

一些金属的极限波长(单位：埃)：

铯钠锌银铂

65205400372026001960

b．光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关。这就是

说，光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。

c．阴极(发射光电子的金属材料)发射的光电子束和照射发光强度成正比。

d．从实验知道，产生光电流的过程非常快，一般不超过10的-9次方秒；停止

用光照射，光电流也就立即停