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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(shí)驗(yàn)事實(shí)是：當(dāng)光的頻率大于截止頻率是，只要有光照就會瞬時(shí)產(chǎn)生光電流。但是當(dāng)光的頻率小于截止頻率時(shí)，無論光強(qiáng)有多強(qiáng)，關(guān)照時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)能量的疊加了。也就是說使用頻率比截止頻率小一點(diǎn)點(diǎn)的的光照射金屬的時(shí)候，也有可能產(chǎn)生光電效應(yīng)。到底為啥不能實(shí)現(xiàn)能量的疊加呢？ |
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小木蟲(金幣+0.5):給個紅包，謝謝回帖交流
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電子能否吸收一個光子后待一段時(shí)間再吸收一個光子，或者同時(shí)吸收兩個光子或者兩個以上的光子？顯然，從實(shí)證角度而論，這是不可能的，因?yàn)槿绻軐?shí)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(shí)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(shí)，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(qiáng)超過某一值，在適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)中可以觀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(shí)現(xiàn)了一個電子同時(shí)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(shí)間再吸收一個光子的幾率，或者時(shí)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)度的數(shù)量級為P=10^5W/m^2，入射光強(qiáng)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(shí)間的數(shù)量級為 t=2hν/PS=6.63×10^10s， 而實(shí)驗(yàn)表明：無論光強(qiáng)如何，光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，并不需要經(jīng)過一段顯著的時(shí)間，據(jù)現(xiàn)代的測量，這時(shí)間不超過10^－9s．對比上述兩個時(shí)間值，我們不難體會電子同時(shí)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)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(qiáng)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
x3zq
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