A-level物理丨光电效应和光的波粒二象性

光电效应由德国物理学家赫兹与1887年发现， 它是物理学中一个重要而神奇的现象。在高于某特定频率的电磁波照射下，某些物质内部的电子会被光激发出来。

 

 

那个时代的科学家都认为光是一种波， 是能连续地传递能量的。 而光电效应有几个比较奇怪的现象却是波的理论不能解释清楚的。 一是光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限波长，对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属材料，而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关，这一点无法用光的波动性解释。还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面。可事实是，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，电子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方秒。

 

 

 

正确的解释由爱因斯坦提出， 光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。光束里的光子所拥有的能量与光的频率成正比。假若金属里的自由电子吸收了一个光子的能量，而这能量大于或等于某个与金属相关的能量阈（阀）值（称为这种金属的逸出功），则此电子因为拥有了足够的能量，会从金属中逃逸出来，成为光电子；若能量不足，则电子会释出能量，能量重新成为光子离开，电子能量恢复到吸收之前，无法逃逸离开金属。增加光束的辐照度会增加光束里光子的“密度” ，在同一段时间内激发更多的电子，但不会使得每一个受激发的电子因吸收更多的光子而获得更多的能量。换言之，光电子的能量与辐照度无关，只与光子的能量、频率有关。

 

做一个简单的比喻， 照在我们身上的光不是像水管喷出的水喷在身上是一个连续的过程， 而是像一个个以光子为单位的蛋糕砸向我们， 并与我们身上的分子碰撞发生互动。 在A-level物理的学习中， 光电效应是非常重要的一块知识， 几乎次考试中都有光电效应的题。 一般来说， 问答题题会让学生描述光电效应， 以及解释为什么从波的角度无法解释这种现象和为什么从粒子的角度又可以解释这种现象。而计算题则会考察光子能量的计算， 以及爱因斯坦光电效应公式的应用。

 

 

A-level业余制优势介绍：

1.在国内就可以上英国高中课程，一方面提早让学生适应国外课堂做好与国外大学的衔接，另一方面则是更加省钱；

2.学习时长一般为两年制，较普通高中时间利用率跟为灵活；

3.Alevel每年三次考试机会，取最高成绩，避免了高考“一考定终身”；

4.Alevel主要侧重理科学科测试，对于非英语母语的中国学生来说，语言压力较小。

 

转自新通A+学院

 

 

本 文 作 者

 

 

Xiao Du

A+学院优秀理科教师

 

教育背景

斯坦福大学 (Stanford University)

-机械工程硕士

伊利诺伊大学香槟分校 (UIUC)

-工程物理学士 （最高荣誉毕业）

 

教学风格

留学欧美七年

对美国高等教育系统有深刻理解

个性化辅导，注重实战效果

 

擅长科目

A-Level 物理， GRE阅读， 数学

托福，SAT，GRE高分

留学考试实战经验丰富

 

学生评价

“率性和认真的完美结合。”

-“理科艺术家的风范。”