要高考了。光电效应还有疑问？ 我会认真地看的。我还会加分的，因为问题多。先谢谢

Question

1.光（能量肯定够）打到金属板上就有光电效应了么？金属板要做什么处理，我怎么能看到？
2.阳极用金属圈，阴极用半圆板，为什么？。这两个一定得放在真空中么？为啥
3.金属表面自由电子怎么被光作用的，所有电子都一样么？
4.待补充
5.光的波长一定要足够短么？

Answer 1

1.光（能量肯定够）打到金属板上就有光电效应了么？金属板要做什么处理，我怎么能看到？

什么叫能量够？即hv>金属的逸出功，既然大了就一定能发生光电效应，金属板无需做任何处理。如果你观测不到光电效应，那是由于其它原因，例如没有真空环境。当然金属表面被氧化，会使逸出功增大，假定你用的光子的能量小于现在被氧化的材料逸出功自然观测不到光电效应。你既然说能量足够大，意味着比氧化的材料逸出功还大，那仍然可以发生光电效应。要观测到光电效应需要高真空环境，没有真空环境的话没办法观测到。

2.阳极用金属圈，阴极用半圆板，为什么？。这两个一定得放在真空中么？为啥
形状只是细节问题，与问题实质无关，用不同的形状只要不挡住光源，产生的光电子能够通过加速电场射到阳极上形成电流就可以。高真空环境是必须的，否则产生的光电子（数量是很少的）在向阳极迁移的过程中会与大量的空气分子碰撞，碰撞有两种可能。一种是弹性的，不损失动能，但方向可能与原方向相反，而不能到达阳极形成电流。另一种是非弹性的，电子动能减少，分子获得能量由基态变为激发态，动能降低的电子（同时方向也会由于碰撞而改变）达到阳极的概率降低，以至于产生的光电流太小，无法用最灵敏的检流计测出。当光电管中的空气分子密度不是非常小时，产生的光电子数目远小于空气分子数，因此光电子在前进道路上会与空气分子发生频繁的碰撞，而不能到达阳极。

3.金属表面自由电子怎么被光作用的，所有电子都一样么？
金属中的自由电子粗略的说均匀分布在金属中。这些电子的流动性（波动性）极强，内部电子和表面电子很难区分，通常说的表面和内部的说法是一种经典描述，其实不正确（任何一个“内部”自由电子瞬间都可以成为“表面”电子，只是总体而言，单位体积内表面电子和内部电子的数目相同）。也就是说所有自由电子都是“一样”的，但金属中还有一部分电子是被原子核紧紧束缚的，束缚电子和自由电子是不一样的，束缚电子能量很低，流动性很小。能量高的自由电子获得了光子的能量后，就可以完全脱离原子核的引力，逸出金属表面变成电离的电子。这个过程所需的最小能量就是金属的逸出功。

5.光的波长一定要足够短么？单个份量的光达不到就一定不行么？一次来2份不行么？
所谓足够就是频率够大，光子能量大于逸出功。单个份量的光达不到就一定不行么？不是一定不行，而是一个电子一次同时吸收两个光子这件事发生的概率比吸收一个光子的概率小得多，产生的光电子极其少，而通常难以被观测到。实际上现代采用激光光源做光电效应实验，的确发现有双光子甚至多光子吸收的现象。

如有不明欢迎追问。

追问

先谢谢老师您如此专业的回答，受益匪浅
1”金属表面被氧化，会使逸出功增大“这句话的依据是什么
金属表面即使在空气中也不是那么容易就氧化吧。否则上课时候老师老师的演示实验没法做了？
2“到阳极上形成电流就可以。高真空环境是必须的”
是不是没有真空也可以有电流只是很小
没有阳极，没法形成电流，但想知道此时有没有电子会被打出来？这里需要真空么
3难道表面电子被打出去了。内部的又补上来？那对金属来说没变化对么？

追答

1 演示实验是在空气中做的吗？应该是在光电管中做的吧？光电管中是高真空没有空气。具有较小逸出功的金属材料都是极其活泼的金属，常用的是Cs金属，不过事实上经常也用氧化铯做阴极材料，氧化铯的逸出功虽比金属Cs大些，仍比大多材料的逸出功小（这样用可见光才会发生光电效应）。

2 是不是没有真空也可以有电流只是很小？
大气压环境中，电子打到阳极的概率近乎是零，即便有电流也无法测量。

没有阳极，没法形成电流，但想知道此时有没有电子会被打出来？这里需要真空么
从理论上说，（因为我们在真空环境中的确观测到光电流了）那么非真空环境自然也会有光电子产生，只不过不能形成电流被测量而已，否则是不合逻辑的。你不使用加速电场也不使用其他可能的方法，是无法证实光电效应到底是否发生的。即便产生光电子你也看不见，你凭什么说它产生了呢？

3难道表面电子被打出去了。内部的又补上来？
可以这么认为
那对金属来说没变化对么？
当然有变化，金属内部自由电子减少了。不过只要光照停止，加速电场撤销，打出去的电子又会自发跑回到金属中，基本维持电中性。因此光电管可以反复使用，不过假定你用大功率光照射太长时间那么阴极材料将发生不可逆的变化，光电管就要报废了（人眼中的视锥细胞实际上就是一个复杂的光电管，你盯着太阳看个1小时估计就会挂了）。

追问

1不是电流那个。是哪个用验电器看的演示实验，金属（Zn好像）就暴露在空气中

2即便产生光电子你也看不见，你凭什么说它产生了呢？”就这个验电器的能说明光效应产生了么？也没电流啊

3内部能减少没么？那就是说金属表面没变化？（是表面自由电子数目没变化；还是表面自由电子数目不变，但是有变化，能看到么）

追答

1不是电流那个。是哪个用验电器看的演示实验，金属（Zn好像）就暴露在空气中

金属Zn的逸出功我不知道，用可见光可能有点悬。如果光源是可见光（不是紫外光）的话，以我的判断估计不是Zn，这个问你的老师去。

2 即便产生光电子你也看不见，你凭什么说它产生了呢？”就这个验电器的能说明光效应产生了么？也没电流啊
我上文说的是不使用任何可能的手段，用验电器当然可以在一定程度上证实光电效应。

3内部能减少没么？那就是说金属表面没变化？（是表面自由电子数目没变化；还是表面自由电子数目不变，但是有变化，能看到么）

金属表面的自由电子分布在光电效应的过程中当然会有变化（即便考虑到内部有补充），不过这个变化非常细微（打出的光电子数目与全部的自由电子数之比是个极小的值），短时间肉眼甚至光学显微镜肯定看不出任何变化，电子显微镜能否看出变化我就不清楚了。如果是光电管长时间工作（达到其寿命）后，会看到光电管变黑，金属被蒸发吸附到玻璃的表面上了。

Answer 2

1,光电效应的发生不取决于光子的能量，而是取决于光子的频率，只有光子的频率满足hv=W+mv^2/2才能发生。能量再强频率不满足hv=W+mv^2/2，电子根本不吸收光子能量。
2.阳极用金属圈，阴极用半圆板，是为了能够吸附各个方向发射的光电子，放在真空中是为了不让光电子受到其它杂质的阻隔而接收不到光电子。
3.4.5.从1的公式就可明白。

追问

看你名字也是专业人士哈
简单问下就是，我不放阳极，在空气中。能打出光子么？我观察金属表面能看到现象么？

Answer 3

1,当然不是,只有单个光子的能量足够大才会发生光电效应. 光子是量子化的,由于产生光电效应的时间极短,没有时间积累.所以如果单个光子的能量达不到一定值,照射时间再长都不会发生光电效应.是光粒子性的表现之一.
2.因为光照射的是阴极,所以接触面要大些,它是为了验证光子溢出所产生的光电流而设计的,当电流为零时,光电流和电池产生的电流相等,可以根据一定值去计算光电流的大小. 一定要放在真空中,因为光会受到大气中分子的影响.
3.光照射,金属表面吸收光子的能量后会使电子向高能量轨道跃迁,当达到一定的速度后会摆脱原子核的束缚从而产生光电效应. 所有在金属表面的电子都一样,内部的照射不到,所有很难产生光电效应.
5. 光的波长是要足够短,因为波长越短,单个光子的能量越大,否则就不会有光电效应产生,这也和所照射的金属板的材质有关系..

呵呵,希望对你有帮助...

追问

1.我已经说了足够能量，我是说金属板要处理么？任意金属都行么？
2.那阳极的金属框是什么意思。不是真空这个实验就做不了么？
3.”内部的照射不到“怎样叫内部表面下多少算内部？
5.单个份量的光达不到就一定不行么？一次来2份不行么？

追答

1,金属板不需要处理,只要物质够纯净即可, 不同的金属光电条件是不一样的,并不排除有什么光照射都不会产生光电效应的金属,可能它的原子核引力非常强大.
2. 阳极金属框是收集溢出的电子的,这样才能形成微电流,不是真空不行,因为电子会受其他分子的影响,或者被其他分子吸收.
3.金属板是有厚度的,是不透明的,内部当然照射不到了. 就像一叶障目不见森林一样.
4,单个分量的光达不到就一定不行. 一次来两份也只能吸收一份,它是量子化的,不能形成积累. 光子被吸收的时间是极短的. 1960年激光问世以来，实验室陆续实现了一个电子同时吸收两个，三个，四个乃至五个光子的光电效应．所以，双光子过程是否可能，在理论上只是一个几率问题．对于普通光源而言，电子吸收一个光子后过一段时间再吸收一个光子的几率，或者时间吸收两个光子的几率，都比单光子吸收的几率小得多，几乎趋近于零，以致于在实验中观察不到这种现象．
我们可以粗略的来估算这一几率．取普通光源强度的数量级为P=10^5W/m^2，入射光强度的频率取为ν=5×10^14Hz，电子线度的数量级取为l=10^－17m（电子显然应该比原子核小得多），则电子面度的数量级为S=l^2=10^－34m，据此可估算一个电子接收到两个光子所需平均时间的数量级为
t=2hν/PS=6.63×10^10s，
而实验表明：无论光强如何，光电效应的发生几乎是瞬时的，并不需要经过一段显著的时间，据现代的测量，这时间不超过10^－9s．对比上述两个时间值，我们不难体会电子同时吸收二个或二个以上光子过程的发生几率．
谢谢..

追问

1.不放阳极行不行啊 ，我不观测，只是想知道有没有光电效应

2.光电效应是持续的么？我一直照一直照，就会一直有电流？
自由电子会不会没啊？

追答

1. 不放阳极是检测不到光电效应的, 但是只要有光照着就会发生光电效应,只是检测不到...
2.光电效应会持续. 光电效应只是产生微电流,金属板的电子是足够多的,够你照个几百年的. 当金属表面原子最外层电子轨道溢出后,其它的内部的原子的电子和其它轨道的电子经跃迁来补充的...

Answer 4

同求

追问

你别同求啊，帮我想想啊