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中国科学院研究生院权威支持(北京)　电 话：010-　传 真：010-【物理误区100问】之73：光电效应是电子吸收光子的能量引起的吗？
当用高频电磁波(即高能光子)照射金属表面时，会有电子被激发出来，这种现象称为光电效应。爱因斯坦认为，金属表面的电子吸收光子的能量后而跃出金属表面，对此系统相对论认为不够准确。
实际上，金属表面的自由电子在临界场的场强陡变区上自由运动，如果将临界场的场强陡变区视为海平面，那么自由电子就是行驶在海上的舰船。不失一般性，建立简化模型如下：
将自由电子所在的临界场位置视作与其运动状态相对应的平衡位置R0，根据作用力的复合力性质，在平衡位置电子受到物体的引力Fq和斥力(浮力)Fr相等；偏离平衡位置后，电子将受到指向平衡位置的作用力。
如图8-11a所示，射向金属表面的光子与电子碰撞后反弹回去，碰撞过程中电子获得向下的冲量，设光子和电子的能量分别为Фγ、Фe，光子速度为c，根据动(质量用能量代替)，电子获得向下的速度v为：
v=2cФγcosθ/Фe
在物体斥力作用下，电子向下运动一段距离又回到原平衡位置时，速度大小不变方向向上。这时电子向上的动能E为：
E=2c2Фγ2cos2θ/Фe
从上式可以看出，当一定频率的光子与电子碰撞的入射角为0时，电子获得最大(径向)速度vmax
和最大(径向)动能Emax，即：
=2cФγ/Фe
Emax=2c2Фγ2/Фe
电子以初速度v向临界场外侧方向运动(见图8-11b)，一旦离开初始的平衡位置，电子受到合力指向物体的引力F作用，F对电子做功导致电子运动速度逐渐减小。设临界场厚度为a，电子运动到物体表面时临界场对其做功为W，则有：
在环境不变的情况下，对于确定金属W为恒定值。根据能律，可以得到电子溢出金属表面的最大初动能满足方程式：
当Emax=W时，电子运动到临界场的外边界时速度为零，这时的Фγ用Фγo表示。根据光子能量Фγ与频率γ成正比关系，设Фγo对应的光子频率为γ0，当电子向外运动速度降为零时的位置为R，则有：
当γ=γ0时：Emax=W0，R=a，电子到达表面时最大速度v＇=[2(Emax-
W0)/Фe]1/2=0；
当γ&γ0时：Emax&
当γ&γ0时：Emax&
W0，R&a，电子到达表面时速度v＇&0，有电子被激发出来。
总之，光电效应并非电子吸收光子的能量引起，而是电子与光子碰撞的结果。
延伸阅读：精简版《系统相对论》
上一篇：【】之72：光与电磁波是一回事吗？
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以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。光电效应中一个电子可以吸收多个光子的能量么_百度知道
光电效应中一个电子可以吸收多个光子的能量么
我有更好的答案
　　特殊条件下可以的　　其实20世纪初的科学家和现在的中学老师们一样不知道电子怎样吸收光子和不能同时吸收多个光子,也只知道与波动论相冲突.其中一个重要的原因是当时的实验条件是十分有限的,也谈不上精确,另外一个原因是物理学面对新的实验现象,理论还没有建立起来,科学家也是根据自己的理解来解释原因,都难以服众.即使后来密立根实验很精确了,但理论还是还没有建立起相关理论.　　　目前有关文献对电子吸收光子的问题做出了一些分析,认为主要原因是同时吸收两个光子的概率太低,当时无法观察到.普通光源光强较弱,从发光机制来讲自发辐射占主导地位.在光电效应过程中,有人实验发现,当入射光的频率大于金属材料的截止频率时,入射10^4数量级的光子才能射出一个电子.对于该问题,《关于光电效应中电子不可能吸收两个光子的可能性的分析》一文中对此作了较为详细的计算,计算的结果是普通光源的产生光子的概率也是10^4数量级.而一个电子相继和同时吸收两个光子的概率,是10^8数量级的光子中才出现一次.即在普通光源（即弱光）条件下,电子也有可能吸收两个光子,只是这种概率极小,相应的光电流远远小于测量仪器的灵敏度而不能够通过仪器测量出来.在中学甚至大学物理中所叙述的光电效应规律都是物理学史实上的内容,是针对普通光源来讲的,这也与历史上发现光电效应时没有更强的光源,特别是激光源有很大的关系.　　　激光的问世,相关实验还可观测到双光子、甚至四光子吸收现象,也会破坏极限频率的概念,这时候光电效应中的内容发生了很大的变化,所以我们要强调普通光源是当时观察光电效应的实验条件.
不可以电子吸收光子获得能量以跃迁 而它吸收的能量级是过定的不连续的
电子吸收光子时要么全吸收要么不吸收.电子在高能级停留时间很短，根本来不及接受第二个光子。 光电效应中，电子吸收一个光子到达高能态，又在瞬间绘到低能态。
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在讲述光电效应时,教师通过演示实验,让学生先观察,然后分析、总结、归纳出发生光电效应的规律,经典理论对此无法解释,爱因斯坦用量子论圆满地解释了光电效应:当光照射在金属表面时,一个能量为hν的光子,立即被金属中的某自由电子一次吸收,此间无需经过能量积累时间(驰豫时间不超过10-9s).电子把一部分能量用来克服金属表面对它的束缚力而耗功W(逸出功),另一部分则为该电子离开金属后所具有的最大动能Em=21mv2=h(ν-ν0)=hν-W,这就是爱因斯坦光电效应方程.如果hνW,那么电子带着剩余能量逸出金属,即成为光电子,因而产生光电效应;如果hνW,电子就不能逸出金属表面,没有光电子产生,因而不产生光电效应;对某一定金属,有一定的光电极限频率ν0(红限),其大小由金属材料的逸出功决定,即ν0=hW,相应的极限波长λ0=νc0=cWh.讲解过后,教师常常听到学生提出这样的问题:电子能否吸收一个光子后经一段时间再吸收一个光子,或者一次吸收...&
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多数教师在解释光电效应的规律时,通常都会在爱因斯坦的光量子理论和光电效应方程的基础上再加上两点假设:一个电子一次只能接受一个光子;一个光子的能量也只能一次性地给一个电子川。正是这两点假设造成了教学中常常会有下面两个问题困惑不少学生和老师,现对此加以分析,供同行们教学时参考。 【问题11当光子的能量低于金属电子的脱出功加。时,有没有可能,电子先吸收一个光子,然后再吸收一个光子,直到电子有足够能量而使光电效应发生呢? 假设某一时刻金属表面附近的一个电子吸收了一个光子。从经典物理学的观点看,此时这个电子的能量明显要高于周围的其他粒子,这是一种非热平衡状态。按照热力学理论,非平衡系统将通过各种方式趋于平衡,从而使电子获得的能量均匀地分散给周围的其它粒子。统计力学表明这个过程一般不会超过10一s。从量子模型看,电子吸收一个光子后,将从低能级跃迁到高能级而处于激发态,但电子处于激发态的平均“寿命”也不会超过ro一95,电子会自发地从高能级跃...&
(本文共3页)
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在“光电效应”一节的教学中,学生对“光电效应中电子如何吸收光子的问题”讨论得很热烈.有学生说:“一个光子的能量可以被金属中的某个电子全部吸收,但一个电子最多只能吸收一个光子的能量,不可能同时吸收两个光子的能量,因此照射光存在一个极限频率.”但有人提出反对意见:“为什么电子就不可能同时吸收两个光子的能量?”还有人提出:“有没有这种可能,就是电子先吸收一个光子,然后再吸收下一个光子,直到有足够的能量而发生光电效应?”后两种情况如果确实存在的话,从理论上看,就不存在极限频率了.那么,究竟有没有这种可能昵?设某种金属受到高于它的极限频率的光照射,某一时刻金属表面附近的一个电子吸收了一个光子.从经典物理学的观点看,这个电子此时的能量明显高于临近的其他粒子,处于一种非热平衡的状态,按照热力学原理,不平衡的系统将通过各种方式趋于平衡,电子会在10-8s时间内将它获得的能量传递给周围其他的粒子.从量子的观点看,电子吸收一个光子后,将从低能级跃迁...&
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照射到金属表面的光能使金属中的电子从表面溢出的现象被称为光电效应。光电效应是众多科学家们经过实验验证的光学现象,是光的粒子性的一个重要体现。 光电效应中必须掌握的名词 1.光子:光是不连续的,而是一份份的,每一份就是一个光子。 2.光电子:用光打出来的电子。 3.光电流:光电子形成的电流。当[/ak增大到一定值后,随着电压的增大,光电流不再变大,这时的光电流称为饱和光电流。4.遏止电压:使光电流减小到零时的反向电压称为遏止电压。5.光的强度:人射光的强度就是光的亮度。6.光的颜色:光的颜色由光的频率决定,颜色不同即频率不同。7.截止频率:又叫极限频率或红限频率。当 人射光的频率减小到某一数值h:时,即使不加反向电压也没有光电流,这表明已经没有光电子了,vc称为截止频率。 8.逸出功:电子从...&
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光电效应是《光的本性》的重点与难点,它的规律是从实验中总结出来的,十分抽象难懂,加之教材对此介绍得比较粗略,同学们在学习和练习中往往会产生一些错误的认识,为此本文就光电效应的规律进行一些补充说明,以供参考。一、模型建立爱因斯坦的假设:光子说在空间传播的光是不连续的,是一份一份的,每一份叫做一个光子,每个光子的能量与光的频率成正比,即E=hν(普郎克恒量h=6.63×10-34J·s)。二、光电效应的基本规律1.任何一种金属都有一个极限频率,入射光的频率必须大于这个极限频率,才能发生光电效应,低于这个频率的光不能发生光电效应。能否发生光电效应,不取决于光强,只取决于频率。2.光电子的最大出动能与入射光的强度无关,只随着入射光的频率的增大而增大。3.入射光照射到金属上时,光电子的发射几乎是瞬时的,一般不超过10-9s。4.当入射光的频率大于极限频率时,单位时间从金属表面逸出的光电子数目与入射光的强度成正比。三、光子说对光电效应规律的...&
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光电效应说明光具有粒子性，近年来在各 地高考试题中大量出现跟光电效应有关的试 题，现将这些试题归类分析，以助于同学们理解 和掌握光电效应的知识. 一、对科学研究方法的考查 例l(2003年上海卷)爱因斯坦由光电 效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出 光子说.从科学研究的方法来说，这属于() (A)等效替代 (C)科学假说 (B)控制变量 (D)数学归纳 解析:假说是人们以已有的事实材料和科 学原理为依据，对未知领域的现象、本质和规律 作出推测性的说明，它既不同于胡思乱想的狂 说，又与已被说明的科学理论不同，是尚未证实 的具有推测性的认识. 等效替代是以效果相同为出发点，对所研 究的对象提出一些方案和设想进行的一种等效 处理的思维思想. 自然界发生的各种现象，往往是错综复杂 的，决定某一现象的产生和变化的因素常常有 很多.为了弄清事物变化的原因和规律，必须 设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控 制起来，使它保持不变，然后...&
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