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学科教育论文-对光电效应中几个问题的讨论.doc

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学科教育论文-对光电效应中几个问题的讨论.doc

学科教育论文-对光电效应中几个问题的讨论光电效应现象,是光具有粒子性的第一个实验证据,在人类对光的本性认识中占有很重要的地位。中学物理中编入这一内容,其目的在于引入光子概念,为说明光的粒子性提供依据。因限于中学阶段物理知识水平,教材不可能详细阐述其产生机理,因此在教学实践中易产生一些模糊认识。本文就下述几个问题谈谈看法,以供参考。一、光电子的产生金属及其化合物在光的照射下释放出电子的现象叫光电效应现象,释放出来的电子叫光电子。光电效应的实验规律必须用爱因斯坦光子理论解释。在教学中经常遇到学生提问:吸收光子的电子是金属中的什么电子?是束缚电子还是自由电子?这个问题值得考虑。吸收光子的电子应该是金属中的自由电子,而非束缚电子。分析如下,如果是束缚电子,根据能量守恒定律,其光电效应方程应为:式中W是电子越过金属表面时克服表面势垒所做的功,E是束缚在某壳层上的电子电离出来所需的能量。实际上,许多金属的逸出功的值约为2.0—7.0eV,比E的值要小得多,而和W相当。例如铯的最低电离能约为3.9eV,其逸出功约为1.9eV,如用1.9—3.9eV的光子入能使铯产生光电效应,而不能使铯的束缚电子电离。很显然逸出的光电子并非是束缚态的电子。那么电子克服表面势垒所做的功W与逸出的功的关系怎样?在金属表面附近,由于垂直于表面的晶体周期性中断,作用在表面原子内外两侧的力失去平衡,相应的电子密度分布也发生变化,通过表面原子和电子自洽相互作用,使得表面原子和电子分布趋向新的平衡,在表面区出现电偶极层,电子穿越该层区逸出表面时要克服电场力做功。此功与逸出功的值正好相当。由上述可知,光电效应中光电子是金属中自由电子吸收了光子的能量而产生的。当然,如果光子能量大于原子的电离能,则束缚电子也可以成为光电子。由于普通光电效应中入射光子的能量并非很高,因此不可能使束缚电子逸出。如若电子能量过高,则会发生康普顿效应而非光电效应。因为不同能区的光子与金属发生相互作用时会产生不同的效应。当入射光子的能量较低时(hv10-8可见普通光源照射下的双光子吸收概率是非常小的,以致于在实验中无法观察到。那么,多光子吸收是否可能发生呢?回答是肯定的,但要在强光下的光电效应中。实验证明,当用激光作光源进行光电效应时,已经实现了双光子、三光子吸收。多光子吸收在理论上(非线性光学)已经证明也是可以实现的。因此,对于光电效应所得

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