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zhuge456鐵蟲 (小有名氣)
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[交流]
【交流】關(guān)于光電效應(yīng) 已有7人參與
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| 光電效應(yīng)的基本實驗事實是：當(dāng)光的頻率大于截止頻率是，只要有光照就會瞬時產(chǎn)生光電流。但是當(dāng)光的頻率小于截止頻率時，無論光強有多強，關(guān)照時間有多久都無法產(chǎn)生光電效應(yīng)。對于這種現(xiàn)象的解釋是：光的能量只和它的頻率有關(guān)，這個可以接受。問題是為什么電子接受到光子的能量后不能疊加呢？即電子為什么沒有辦法同時吸收2個光子的能量，或者在第一個光子的能量耗盡之前再吸收一個光子的能量，這樣就可以實現(xiàn)能量的疊加了。也就是說使用頻率比截止頻率小一點點的的光照射金屬的時候，也有可能產(chǎn)生光電效應(yīng)。到底為啥不能實現(xiàn)能量的疊加呢？ |
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電子能否吸收一個光子后待一段時間再吸收一個光子，或者同時吸收兩個光子或者兩個以上的光子？顯然，從實證角度而論，這是不可能的，因為如果能實現(xiàn)的話，那么就不存在極限頻率問題．但從理論分析，電子同時吸收兩個或兩個以上的光子并不違反動量守恒和能量守恒定律，為什么就不可能呢？ 其實，愛因斯坦早在他第一篇關(guān)于光電效應(yīng)的論文中就已指出，如光強超過某一值，在適當(dāng)?shù)膶嶒炛锌梢杂^測到電子吸收兩個光子而發(fā)生的光電效應(yīng)．1960年激光問世以來，陸續(xù)實現(xiàn)了一個電子同時吸收兩個，三個，四個乃至五個光子的光電效應(yīng)．所以，雙光子過程是否可能，在理論上只是一個幾率問題．對于普通光源而言，電子吸收一個光子后過一段時間再吸收一個光子的幾率，或者時間吸收兩個光子的幾率，都比單光子吸收的幾率小得多，幾乎趨近于零，以致于在實驗中觀察不到這種現(xiàn)象． 我們可以粗略的來估算這一幾率．取普通光源強度的數(shù)量級為P=10^5W/m^2，入射光強度的頻率取為ν=5×10^14Hz，電子線度的數(shù)量級取為l=10^－17m（電子顯然應(yīng)該比原子核小得多），則電子面度的數(shù)量級為S=l^2=10^－34m，據(jù)此可估算一個電子接收到兩個光子所需平均時間的數(shù)量級為 t=2hν/PS=6.63×10^10s， 而實驗表明：無論光強如何，光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，并不需要經(jīng)過一段顯著的時間，據(jù)現(xiàn)代的測量，這時間不超過10^－9s．對比上述兩個時間值，我們不難體會電子同時吸收二個或二個以上光子過程的發(fā)生幾率． 由此可見，對于光電效應(yīng)所得到的實驗規(guī)律，特別是每種金屬都存在極限頻率，以及愛因斯坦光電效應(yīng)方程，都只是在線性光學(xué)（弱光）范圍內(nèi)適用，即都只適用于單光子吸收的情形；對于非線性光學(xué)（強光），即雙光子吸收或多光子吸收卻不適用．至于教材所說的“只要不超過極限頻率，光的強度再怎么大也不會有光電流”的敘述，只是限于中學(xué)物理的教學(xué)范疇，為了不使問題復(fù)雜化而已． |
4樓2010-10-30 12:54:27
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謝謝各位大俠替我釋疑 8樓2010-10-31 01:10:06
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