Alevel物理干貨：神奇的光電效應

 

　　
 

       光電效應是Alevel物理學中一個神奇而有趣的現(xiàn)象。光電效應是指在某個特定的頻率的電磁波的照射下，物體表面的電子被激發(fā)的現(xiàn)象，被激發(fā)的電子稱為光電子(photoelectron)

　　光電效應最初是由德國的物理學家赫茲發(fā)現(xiàn)的，赫茲發(fā)現(xiàn)用紫外線照射兩個鋅小球之一，兩個鋅小球之間容易產(chǎn)生電火花。然而如果換成可見光，就什么現(xiàn)象都沒有發(fā)生，即使改變了光的強度。于是科學家就懵逼了。

　　之后就是一段漫長的研究過程，終于一位大神級別的物理學家——愛因斯坦，提出了光子的理論，解釋了為什么只有紫外線可以，并且完美地解釋了光電效應，并因此而獲得了1921年的諾貝爾物理學獎。

　　愛因斯坦提出了光是由一個個光子(photon)組成的，而光子是攜帶能量的，光子的能量可以由E=hf 計算而得，其中h為普朗克常數(shù)(Planck constant )。根據(jù)這個公式，可以看出光的頻率越高，光子的能量越大。光子的能量是可以傳遞的，那么當光子的能量具體需要多大才能是電子激發(fā)呢?
 

 

　　愛因斯坦還提出了一個公式：hf= Ø+mv2/2 其中 Ø 是功函數(shù)(work function)，代表著電子被激發(fā)所需要的最小能量，這個能量其實就是原子核和電子之間的吸引力，功函數(shù)的大小有材料本身決定。當hf0= Ø時，f0就是臨界頻率(threshold frequency)，就是能使待定材料表面發(fā)生光電效應的最小頻率。mv2/2就是動能，為電子提供了激發(fā)的速度

　　那么，我們前文提到，為什么提高光的強度還是不能產(chǎn)生光電效應呢?這是因為改變光的強度只是改變了光子的個數(shù)。這就好像我們考試，60分及格，考了59分，如果我多考了幾次，但還是59分，還是不及格，考試考了再多，考不到60分依舊不及格。愛因斯坦還提出了一個電子只能吸收一個光子的能量，所以只有當單個光子的能量高于功函數(shù)的時候，光電效應才會發(fā)生。

　　所以，總的來說，光電效應是指高于特定頻率的電磁波照在材料表面上發(fā)生電子激發(fā)的現(xiàn)象。光電效應的發(fā)生條件為每個光子必須滿足hf>Ø。