學習了量子論之后，跟著就有了量子思想的應用。

一．光電效應的現(xiàn)象和規(guī)律

1.現(xiàn)象：用光照射金屬表面，金屬表面會有電子逸出。由光電效應現(xiàn)象產(chǎn)生的電子，稱為光電子。用名稱反映電子的“出身”。

2.光電效應的規(guī)律及反映的事實：

A.存在截止頻率。

不是隨便什么光照射金屬都能觀察到光電效應現(xiàn)象，對某種金屬，要產(chǎn)生光電效應，對入射光的頻率有下限要求。這個下限頻率稱為截至頻率或極限頻率。如果入射光頻率小于某一值，則無法產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象。金屬不同，截至頻率也不同，說明截至頻率和金屬本身有關。有截至頻率，對應的就有截至波長，及能發(fā)生光電效應的波長上限。

B.存在飽和電流。

如上圖電路圖所示，隨著光電管兩邊電壓的增大，電流表示數(shù)存在一最大值。在電流較小時電流隨著電壓的增大而增大；但當電流增大到一定值之后，即使電壓再增大，電流也不會再進一步增大了。這說明，在一定的光照條件下，單位時間內(nèi)陰極K發(fā)射的光電子的數(shù)目是一定的，電壓增加到一定值時，所有光電子都被陽極A吸收，這時即使再增大電壓，電流也不會增大。

實驗表明，在光的頻率不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大。這說明，對于一定頻率（顏色）的光，入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。

C.存在截止電壓。

如果對上述電路圖施加反向電壓，也就是陰極接電源正極、陽極接電源負極，在光電管兩極間形成使電子減速的電場，電流有可能為0。使光電流減小到0的反向電壓Uc稱為截止電壓。截止電壓的存在意味著光電子具有一定的初速度，初速度的上限v_c應該滿足以下關系。進一步的實驗表明，同一種金屬對于一定頻率的光，無論光的強弱如何，截止電壓都是一樣的。光的頻率v改變時，截止電壓Uc也會改變。這意味著，對于同一種金屬，光電子的能量只與入射光的頻率有關，而與入射光的強弱無關。

D.光電效應具有瞬時性。

當頻率超過截止頻率v_c時，無論入射光怎樣微弱，照到金屬時會立即產(chǎn)生光電流。精確

測量表明產(chǎn)生電流的時間很快，即光電效應幾乎是瞬時發(fā)生的。

二．經(jīng)典理論解釋的無能為力之處

電子從金屬中逸出需要具備的條件：金屬表面層內(nèi)存在一種力，阻礙電子的逃逸。

電子要從金屬中掙脫出來，必須獲得一些能量，以克服這種阻礙。要使電子脫離某種金屬，需要外界對它做功，做功的最小值叫作這種金屬的逸出功，用W₀表示。換句話說，電子要想從金屬中脫離，至少要吸收W₀的能量。

電子吸收的能量越高，則逸出的數(shù)目越多，飽和電流就越大。

按照經(jīng)典的電磁理論應該得到的規(guī)律：

1.不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可以獲得足夠能量從而逸出表面，不應存在截止頻率；

2.光越強，光電子的初動能應該越大，所以截止電壓U_c 應該與光的強弱有關；

3.如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需要幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量，這個時間遠遠大于實驗中產(chǎn)生光電流的時間。

這些結(jié)論都與實驗結(jié)果相矛盾。光電效應這個新現(xiàn)象考驗著經(jīng)典的電磁理論。

三．愛因斯坦的光電效應理論

借用普朗克量子論的思想，認為電磁波也是一份一份有粒子性的，稱之為光子，能量為電磁波的頻率與普朗克常數(shù)的乘積。E=hv。

愛因斯坦對光電效應的解釋：

當光子照到金屬上時，它的能量可以被金屬中的某個電子全部吸收，金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是hv，在這些能量中，一部分大小為W₀的能量被電子用來脫離金屬，剩下的是逸出后電子的初動能，即

hv ＝ E_k＋W_o

能量守恒定律的體現(xiàn)

1.這個方程表明，只有當hv > W₀ 時，光電子才可以從金屬中逸出， W₀＝hv_c就是光電效應的截止頻率。

2.這個方程還表明，光電子的最大初動能E_k與入射光的頻率v有關，而與光的強弱無關。這就解釋了截止電壓和光強無關。

3.電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電流自然幾乎是瞬時產(chǎn)生的。

4.對于同種頻率的光，光較強時，單位時間內(nèi)照射到金屬表面的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大。

四．愛因斯坦光電效應理論的證實

從1907年起，美國物理學家密立根開始以精湛的技術測量光電效應中幾個重要的物理量。值得一提的是，密里根本來是以抱著推翻愛因斯坦光電效應的理論去做實驗的，最終的結(jié)果恰恰證實了結(jié)論的正確性。間接證明了光子論的正確性。

五．康普頓效應和光子的動量

X射線的散射，散射后的X射線中，還有波長比入射波長長的射線。

康普頓用光子的模型成功地解釋了這種效應。他的基本思想是：光子不僅具有能量，而且具有動量，光子的動量p與光的波長λ和普朗克常量h有關。

六．光子本性的深化理解

公式中揭示的內(nèi)涵，左邊是描述粒子性的能量和動量，右邊是描述波動的頻率和波長，互相之間有了內(nèi)在聯(lián)系。從而說明光具有波粒二象性。