光电效应

图1 伏安曲线

图2 测定阻遏电压V0与入射光频率v的关系曲线

　　光电效应（photoelectric effect），物质受到辐照后释放出电子的效应。1887年德国物理学家H.R.赫兹发现电火花间隙受到紫外线照射时会产生更强的电火花。1889年L.霍耳瓦奇发现金属表面受紫外线照射后会释放出带负电的粒子。1900年P.E.A.von勒纳测量了这种粒子的荷质比，证实为电子。金属受到光照后释放出来的电子称光电子。包含阴极和阳极的真空管称光电管。以波长一定的单色光照射光电阴极，测量所加电压V和相应的光电流I，画成伏安曲线如图1。图中每条曲线是在光照强度一定的条件下测得，V₀是为使光电流为零所需加的反向电压，称阻遏电压。阻遏电压与光电子的最大初始动能Em的关系为Em=eV₀，e为电子电量。测定阻遏电压V₀与入射光频率v的关系曲线如图2。

　　实险表明：①阻遏电压或最大初始动能与光强无关。②阻遏电压V₀与频率v成线性关系为V₀=k（v-v₀），式中K为直线斜率，为普适常数。上式可写成Em=ekv-ekv₀。③只有当入射光频率v≥v₀时才能产生光电子，v₀称为截止频率（或频率的红限）。不同阴极材料有不同的截止频率。④从光照开始到光电子逸出所需时间称为光电效应的弛豫时间，一般不超过10^-9秒。

　　若把光看成是电磁波并运用经典电磁理论，就无法圆满解释上述实验规律。A.爱因斯坦在1905年的论文中指出，不仅谐振子的能量及它所辐射的电磁辐射是量子化的（见普朗 克假设），而且辐射场本身也是量子化的，即光本身是由不连续的能量单元组成的能量流，每个单元的能量为hv，称为光量子，简称光子，h为普朗克常数，v为光波频率。根据光子假设，光电阴极中的电子只能整个地吸收光子能量，一部分消耗于从阴极脱出所需作的功，剩下的能量成为光电子的初始动能，即：

　　　　hv＝Em+W₀

　　W₀是电子从阴极逸出所需作的最小功，称为脱出功（单位电量的脱出功称为功函数，用j表示，即j=W₀/e）。上式称为爱因斯坦公式，它与实验规律一致。美国实验物理学家R.A.密立根于1916年通过实验验证了爱因斯坦公式，得出V₀与v间严格的线性关系，并从直线斜率测定了普朗克常数。

　　按爱因斯坦的光子假设，光具有粒子性，光子具有能量、质量和动量等普通实物粒子所具有的一般属性。光子的质量为hv/c²，动量为hv/c=h/l，c为真空中的光速。A.H.康普顿利用光子概念解释了康普顿散射实验。

　　根据光电效应制成的光电管和光电倍增管是重要的光电探测器件。