高中物理:光电效应基础知识讲解

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高中物理最怕的不是公式多，而是不知道“函数语言”和“图像语言”怎么互相转换。这一讲，我们把抽象的物理关系一步步画成看得懂的图。

一、光子说：破解“瞬发性”难题

按照经典波动理论，光的能量连续分布，弱光照射金属时，电子需要积累一段时间才能逸出。可实验发现，只要入射光频率足够高，光电子几乎在照射的瞬间就会产生。爱因斯坦提出光子说：光由一份一份的光子组成，每个光子的能量ε=hν。电子一次吸收一个光子，能量“一次性到账”，无需积累，瞬发性迎刃而解。同理，若光子能量小于逸出功，光再强也打不出电子，这就是截止频率的由来。

二、光电效应方程与三种图像

光电效应方程E_k=hν−W₀的含义是：光子能量一部分用于克服逸出功，剩下的转化为光电子的最大初动能。由它可以画出三种图像。

图像一，E_k–ν图像：一条直线，斜率为普朗克常量h，横轴截距为截止频率ν_c，纵轴截距的绝对值为逸出功W₀。不同金属的图线相互平行。

图像二，U_c–ν图像：由eU_c=E_k得U_c=(h/e)ν−W₀/e，斜率为h/e，横轴截距仍是截止频率。

图像三，I–U图像：饱和电流由光照强度决定，遏止电压由入射光频率决定。

三、密立根实验验证普朗克常量

密立根原本想否定爱因斯坦方程。他用多种金属精确测量遏止电压与频率的关系，得到的却是严格的直线，由斜率求出的h与普朗克的数值高度吻合，反而成为光电效应方程最有力的证据。

四、光到底是波还是粒子

康普顿发现，X射线被石墨散射后，部分射线波长变长，说明光子不仅有能量，还有动量p=h/λ，这是光具有粒子性的又一证据。德布罗意进一步推广：实物粒子也有波动性，波长λ=h/p，后被电子衍射实验证实。

结论是光具有波粒二象性：干涉、衍射体现波动性，光电效应、康普顿效应体现粒子性。大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性；波长越短，粒子性越明显。

▶视频讲解

附件：

本次讲解的讲义链接：

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