爱因斯坦的光量子是什么？量子假说之光量子

爱因斯坦的光量子是什么？量子假说之光量子如果我们假定电子从正极发射出来的最大动能为E，那末，当E=eV时，就没有一个电子能够到达负极，于是电流i为零。V被称为遏止电压。若在右端的电极上加负电压(减速势)V，这个负电压的大小是电子能量的直接量度。1900年，林纳实验证明，金属在紫外光照射下发射电子。过了两年，他进一步发现，光电效应的实验规律不能用波动说解释。1905年，爱因斯坦提出光量子假说，并用以解释光电效应。1916年，密立根比较仔细地测量了光的频率和逸出电子能量之间的关系，验证爱因斯坦的光电效应量子公式，并精确测定普朗克常量。

一、光电效应的发现历程

所谓光电效应就是指金属在光照射下发出电子的现象。主要研究历程如下：

• 1887年赫兹在用莱顿瓶放电的实验中，发现电磁波，并确定其传播速度等于光速。

• 1889年，霍尔瓦希斯发现清洁而绝缘的锌板在紫外光照射下获得正电荷，而带负电的板在光照射下失掉其负电荷。

• 1900年，林纳实验证明，金属在紫外光照射下发射电子。过了两年，他进一步发现，光电效应的实验规律不能用波动说解释。

• 1905年，爱因斯坦提出光量子假说，并用以解释光电效应。

• 1916年，密立根比较仔细地测量了光的频率和逸出电子能量之间的关系，验证爱因斯坦的光电效应量子公式，并精确测定普朗克常量。

若在右端的电极上加负电压(减速势)V，这个负电压的大小是电子能量的直接量度。

如果我们假定电子从正极发射出来的最大动能为E，那末，当E=eV时，就没有一个电子能够到达负极，于是电流i为零。V被称为遏止电压。

2. 光电效应的实验规律

(1)饱和光电流：饱和光电流强度与入射光强度成正比。

(2)存在截止频率：对某一种金属来说，只有当入射光的频率大于某一频率时，电子才能从金属表面逸出，电路中才有光电流，这个频率叫做截止频率—红限.

3)驰豫时间为瞬时。当入射光频率大于截止频率时，立刻可以观测到光电子。

3. 光电效应的经典解释

1）经典物理能量积累效应解释—无法解释光电效应一触即发的实验现象

经典理论能量积累估算结果—金属板上有许多原子 每个原子都吸收能量 光照金属时间需~115天才能产生光电流。

光电效应的实验结果——光照即产生光电流 产生光电流时间T<0.0000000001秒

2）光强决定电子能量的经典理论与实验不符——光电子能量只与频率有关，与振幅无关，是经典理论不能解释的

三、光电效应的量子解释

1905年，爱因斯坦发展了普朗克的量子说。提出了光量子的概念，成功解释了光电效应，获得了1921年的诺贝尔物理学奖。

普朗克

普朗克在解释黑体辐射时假定，电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的，能量子以不连续方式从光源发出，但仍以波的方式传播。

爱因斯坦的光量子假说：光和原子、电子一样也具有粒子性，光就是以光速c运动着的粒子流，这种粒子叫光量子。同普朗克的能量子一样，每个光量子的能量也是E＝hv，根据相对论的质能关系式，每个光子的动量为p＝E/c＝h/λ

爱因斯坦对光电效应的量子解释

1. 光电效应能否产生——由光频率决定 光电子获得能量与光强无关，与频率有关。

光电方程

2.光电效应的本质——光子内禀属性(波粒二象性) 决定了阈值性，光既具有粒子性，又具有波动性，即具有波粒二象性

3.光的强度只决定光子的数目，不能决定逸出电子能量

4. 光电效应的瞬时性：

当电子一次性地吸收了一个光子后，便获得了 hv的能量而立刻从金属表面逸出，没有明显的时间滞后。

四、意义

爱因斯坦利用光量子理论完美解释了光电效应，该理论先后被密立根的光电效应实验和康普顿效应实验所证明，从而使得爱因斯坦获得了1921年的诺贝尔物理学奖。

如果没有爱因斯坦对光子的概念的引入，很难想象我们现在能处于光电组合的信息社会，对于普通人来讲，光电信息比量子力学和相对论更加实际的影响着我们的生活。

您对光电效应有什么理解，欢迎评论区讨论吧。