为什么光电效应现象与光的波动说相矛盾

Question

如题所述

Answer 1

为什么光电效应现象与光的波动说相矛盾
金属及其化合物在电磁辐射照射下发射电子的现象称为光电效应，而把所发射的电子称为光电子。光电效应表明：光能可以直接转化为机械能，即光电子的动能。
　　 图 3 所示的是研究光电效应的一种实验装置。在光电管的阳极 A 和阴极 K 之间加上直流电压 U ，当用频率足够高的单色光照射 K 时，阴极上会有光电子逸出，它们在加速电场的作用下飞向阳极 A ，而形成电流 I ，称为光电流。
　　光电效应的实验规律可以概括为以下四点：
　　⑴饱和光电流 I s 与入射光强度成正比。
　　 如果用一定频率和强度的单色光照射阴极 K ，改变加在 A 和 K 两极间的电压 U ，测量光电流 I 的变化，则可得图 4 所示的伏安特性曲线。实验表明：光电流 I 随正向电压 U 的增大而增大，并逐渐趋于其饱和值 I s ；而且，饱和电流 I s 的大小与入射光强度成正比。这一实验结果可以解释为，当光电流达到饱和时，阴极 K 上所有逸出的光电子全部飞到了阳极 A 上，即： I s = ne ，其中 n 是单位时间内阴极 K 上逸出的光电子数。因此光电效应的上述实验结果也可以表述为：单位时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光强度成正比。
　　⑵光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光强度无关。
　　由图 5 可见， A 和 K 两极间的电压为零时，光电流并不为零，只有当两极间加了反向电压 U = -U 0 <0 时，光电流 I 才为零， U 0 称为截止电压。上述事实表明，从阴极逸出的光电子必有初动能。当 U =0 时，两极间没有外加电场，仍有光电子具有足够的动能从阴极飞到阳极；只有当反向电压足够大，以至等于 -U 0 时，就是那些具有最大初动能的光电子也必须将其初动能全部用于克服电场力作功而无法到达阳极，这时光电流 I 才为零，即： 。图 4 则可以表明：光电子的最大初动能与入射光的强度无关。
　　 在保持饱和光电流的大小不变的条件下，改变入射光的频率 ν 而得到的实验曲线如图 6 所示，实验表明，当入射光频率 ν 逐渐增大时，截止电压 U 0 将随之线性地增加，即： U 0 = αν - φ ，式中 α 是与阴极金属材料性质无关的普适常量，而 φ 则是由阴极金属材料性质决定的一个量。由以上得出的两个表达式可以得到： 。即光电子的最大初动能随入射光频率的增加而线性地增加。
　　⑶对于同一种金属，只有当入射光频率 ν 大于一定的红限频率 ν 0 时，才会产生光电效应。
　　令 φ = αν 0 ，有 ，由此可见，对于给定的金属材料制成的阴极，当入射光频率低到某值 ν 0 时，光电子的最大初动能为零。若入射光频率再降低，则无论光的强度多大，都没有光电子产生，不发生光电效应。这个由阴极金属材料性质决定的频率 ν 0 ，称为金属的截止频率，或红限频率。
　　⑷光电效应是瞬时发生的。
　　实验发现，只要入射光的频率 ν > ν 0 ，无论光多么微弱，从光照射阴极到光电子逸出，这段时间不超过 10 -9 s 。光电效应的发生时间如此之短，通常称它是瞬时发生的。