光电效应与光子 · PhotonLab

光电效应现象

照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这种现象叫光电效应，逸出的电子叫光电子。1887 年赫兹在做电磁波实验时最早注意到它。

把一块锌板接在验电器上，让它带上负电，再用紫外灯照射：箔片的张角渐渐变小。再试试让锌板带正电、在灯和锌板之间插一块玻璃，或者换成很强的红光。

电子在电场中怎样运动，可以在 FieldLab 里看到。

光电管与伏安特性

光照射光电管的阴极 K 打出光电子，阳极 A 收集它们形成光电流。加正向电压，电流增大到饱和电流后不再增大；加反向电压，电流减小，到某一电压时为零，这个电压叫遏止电压 Uc。

实验规律：每种金属都有截止频率，入射光频率低于它时，光再强也没有光电子；光电子的最大初动能随频率增大而增大，与光强无关；光强越大，饱和电流越大；光电子的发射几乎是瞬时的。爱因斯坦用光子解释：Ek = hν − W₀。

这里的光强指入射光的功率：功率相同时，频率越高，每个光子的能量越大，光子数反而越少。

测普朗克常量

由 eUc = hν − W₀ 得 Uc = (h/e)ν − W₀/e：遏止电压与频率成线性关系，斜率是 h/e，与横轴的交点是截止频率。1916 年，密立根本想否定爱因斯坦的方程，结果却精确地证实了它。

选一条汞谱线，慢慢加大反向电压，直到电流计的指针恰好回到零，记录这时的电压；换几条谱线记录 3 组以上，再拟合直线。换一种阴极金属，比较两条直线。

光的波粒二象性

光电效应说明光具有粒子性，干涉和衍射说明光具有波动性。让光弱到每次只有一个光子通过双缝：每个光子只在屏上打出一个点，落在哪里无法预测；大量光子的落点却组成了干涉条纹，光子落在各处的概率由光波的强度决定。

德布罗意提出，电子等实物粒子也有波动性，波长 λ = h/p。让电子束穿过石墨薄膜，荧光屏上出现了衍射圆环，证实了物质波。

双缝干涉的波动光学见 OpticsLab。

随堂检测

回顾四个课题，完成下面的选择题。