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光电效应的主要实验结果是什么

1、每一种金属在产生光电效应是都存在一极限频率，即照射光的频率不能低于某一临界值。相应的波长被称做极限波长。当入射光的频率低于极限频率时，无论多强的光都无法使电子逸出。 2、光电效应中产生的光电子的速度与光的频率有关，而与光强无关。3、光电效应的瞬时性。实验发现，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，即几乎在照到金属时立即产生光电流。响应时间不超过十的负九次方秒。4、入射光的强度只影响光电流的强弱，即只影响在单位时间内由单位面积是逸出的光电子数目。在光颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，即一定颜色的光，入射光越强，一定时间内发射的电子数目越多。

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什么是光电效应？

光电效应（Photoelectric Effect）是指光束照射在金属表面会使其发射出电子的物理效应。发射出来的电子称为“光电子”。发生光电效应的前提是光的频率必须超过金属的特征频率。爱因斯坦对光电效应的解释《关于光的产生和转变的一个启发性观点》获得了1921年的诺贝尔物理学奖。

1839年，19岁的贝克勒尔在协助父亲研究将光波照射到电解池所产生的效应时，发现了光生伏打效应（简称为光伏效应，是指暴露在光线下的半导体或半导体与金属组合的部位间产生电势差的现象）。虽然这不是光学效应，但对于揭示物质的电性质与光波之间的密切关系有很大的作用。

1887年，德国物理学者海因里希·赫兹做实验观察到光电效应、电磁波的发射与接收，并发现了是紫外线造成了光电效应。赫兹将这些实验结果发表于《物理年鉴》，但没有对该效应做进一步的研究（物理学史上经常有这样错过诺贝尔奖的物理学家）。

这个发现立刻引起了物理学者们的好奇心，其中包括威廉·霍尔伐克士、奥古斯图·里吉、亚历山大·史托勒托夫等等。他们进行了一系列关于光波对于带电物体所产生效应的研究调查，特别是紫外线（因为紫外线频率高，超过很多材料光电效应的阈值）。1888至1891年间，史托勒托夫完成了很多关于光电效应的实验与分析。还为此设计出一套实验装置，特别适合于定量分析光电效应。借助此实验装置，他发现了辐照度与感应光电流的直接比例。

1900年，菲利普·莱纳德发现紫外线会促使气体发生电离作用，随后在1902年又发布了几个关于光电效应的重要实验结果。第一，从阴极发射的光电子数量每单位时间与入射的辐照度成正比。第二，每一种物质所发射出的光电子都有其特定的最大动能（最大速度），也就是说，光电子的最大动能与光波的光谱（频率）组成有关。第三，光电子的最大动能与截止电压成正比，与辐照度无关。

直到1905年，爱因斯坦在论文里，重新解释光电效应，提出了光量子假设：光束是由一群离散的能量粒子组成（粒子性），称为光量子，而不是连续性波动（波动性），后来将光量子简称为光子。对于普朗克先前在研究黑体辐射中所发现的普朗克关系式，爱因斯坦给出另一种诠释：频率为 ν的光量子拥有的能量为 hν（这个很重要），其中h是普朗克常数。爱因斯坦认为，组成光束的每一个光量子所拥有的能量等于频率乘以普朗克常数。假若光量子的频率大于某极限频率，则这光子拥有足够能量来使得一个电子逃逸（称为光电子），造成光电效应。爱因斯坦的论述解释了为什么光电子的能量只与频率有关，而与辐照度无关。虽然光束的辐照度很微弱，只要频率足够高，必会产生一些高能量的光量子来促使束缚电子逃逸。尽管光束的辐照度很强劲，假若频率低于极限频率，则仍旧无法给出任何高能量的光量子来促使束缚电子逃逸。

因为当时人们普遍接受了光的波动性，虽然爱因斯坦的论述极具想像力与说服力，但却遭遇到学术界强烈的抗拒，甚至在实验证实爱因斯坦的光电效应方程正确无误之后，仍旧强烈抗拒延续多年。爱因斯坦的论文很快地引起美国物理学者罗伯特·密立根的注意，但他也不赞同爱因斯坦的理论。之后十年，他花费很多时间做实验研究光电效应，一直到1916年证实了爱因斯坦的理论正确无误，并且应用光电效应直接计算出普朗克常数。密立根因为“关于基本电荷以及光电效应的工作”还获得了1923年诺贝尔物理学奖。

这里简单的描述下光电效应的理论方程：

前面提到光子能量与光的频率成正比E=hv。如果金属里的自由电子吸收了一个光子的能量，而这能量大于或等于某个与金属相关的能量阈值（称为这种金属的逸出功），则该电子拥有足够的能量从金属中逃逸出来，成为光电子；反之，若能量不足，则电子会释出能量，能量重新成为光子离开，电子能量恢复到吸收之前，无法逃逸离开金属。增加光束的辐照度只会单纯的增加光子的“密度”，在同一段时间内激发更多的电子，但不会使得每一个受激发的电子因吸收更多的光子而获得更多的能量。所以光电子的能量只与光子的能量、频率有关。

被光束照射到的电子会吸收光子的能量，光子所有能量都必须被吸收，用来克服逸出功，否则这能量会被释出。假若电子所吸收的能量能够克服逸出功，并且还有剩余能量，则这剩余能量会成为电子在被发射后的动能。

逸出功 W 是从金属表面发射出一个光电子所需要的最小能量。如果转换到频率的角度来看，光子的频率必须大于金属特征的极限频率，才能给予电子足够的能量克服逸出功。逸出功与极限频率 v0之间的关系为W=h*v0其中，h是普朗克常数， 是光频率为h*v0 的光子的能量。克服逸出功之后，光电子的最大动能 Kmax 为Kmax=hv-W=h（v-v0），其中，hv 是光频率为 v的光子所带有并且被电子吸收的能量。实际物理要求动能必须是正值，因此，光频率必须大于或等于极限频率，光电效应才能发生。

参考：百度百科《光电效应》词条。

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