學(xué)習(xí)了量子論之后，跟著就有了量子思想的應(yīng)用。
一．光電效應(yīng)的現(xiàn)象和規(guī)律
1.現(xiàn)象：用光照射金屬表面，金屬表面會有電子逸出。由光電效應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的電子，稱為光電子。用名稱反映電子的“出身”。
2.光電效應(yīng)的規(guī)律及反映的事實(shí)：
A.存在截止頻率。
不是隨便什么光照射金屬都能觀察到光電效應(yīng)現(xiàn)象，對某種金屬，要產(chǎn)生光電效應(yīng)，對入射光的頻率有下限要求。這個下限頻率稱為截至頻率或極限頻率。如果入射光頻率小于某一值，則無法產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。金屬不同，截至頻率也不同，說明截至頻率和金屬本身有關(guān)。有截至頻率，對應(yīng)的就有截至波長，及能發(fā)生光電效應(yīng)的波長上限。
B.存在飽和電流。
如上圖電路圖所示，隨著光電管兩邊電壓的增大，電流表示數(shù)存在一最大值。在電流較小時電流隨著電壓的增大而增大；但當(dāng)電流增大到一定值之后，即使電壓再增大，電流也不會再進(jìn)一步增大了。這說明，在一定的光照條件下，單位時間內(nèi)陰極K發(fā)射的光電子的數(shù)目是一定的，電壓增加到一定值時，所有光電子都被陽極A吸收，這時即使再增大電壓，電流也不會增大。
實(shí)驗(yàn)表明，在光的頻率不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大。這說明，對于一定頻率（顏色）的光，入射光越強(qiáng)，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。
C.存在截止電壓。
如果對上述電路圖施加反向電壓，也就是陰極接電源正極、陽極接電源負(fù)極，在光電管兩極間形成使電子減速的電場，電流有可能為0。使光電流減小到0的反向電壓Uc稱為截止電壓。截止電壓的存在意味著光電子具有一定的初速度，初速度的上限vc應(yīng)該滿足以下關(guān)系。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，同一種金屬對于一定頻率的光，無論光的強(qiáng)弱如何，截止電壓都是一樣的。光的頻率v改變時，截止電壓Uc也會改變。這意味著，對于同一種金屬，光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)。
D.光電效應(yīng)具有瞬時性。
當(dāng)頻率超過截止頻率vc時，無論入射光怎樣微弱，照到金屬時會立即產(chǎn)生光電流。精確
測量表明產(chǎn)生電流的時間很快，即光電效應(yīng)幾乎是瞬時發(fā)生的。
二．經(jīng)典理論解釋的無能為力之處
電子從金屬中逸出需要具備的條件：金屬表面層內(nèi)存在一種力，阻礙電子的逃逸。
電子要從金屬中掙脫出來，必須獲得一些能量，以克服這種阻礙。要使電子脫離某種金屬，需要外界對它做功，做功的最小值叫作這種金屬的逸出功，用W0表示。換句話說，電子要想從金屬中脫離，至少要吸收W0的能量。
電子吸收的能量越高，則逸出的數(shù)目越多，飽和電流就越大。
按照經(jīng)典的電磁理論應(yīng)該得到的規(guī)律：
1.不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可以獲得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率；
2.光越強(qiáng)，光電子的初動能應(yīng)該越大，所以截止電壓Uc 應(yīng)該與光的強(qiáng)弱有關(guān)；
3.如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需要幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量，這個時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生光電流的時間。
這些結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾。光電效應(yīng)這個新現(xiàn)象考驗(yàn)著經(jīng)典的電磁理論。
三．愛因斯坦的光電效應(yīng)理論
借用普朗克量子論的思想，認(rèn)為電磁波也是一份一份有粒子性的，稱之為光子，能量為電磁波的頻率與普朗克常數(shù)的乘積。E=hv。
愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋：
當(dāng)光子照到金屬上時，它的能量可以被金屬中的某個電子全部吸收，金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是hv，在這些能量中，一部分大小為W0的能量被電子用來脫離金屬，剩下的是逸出后電子的初動能，即
hv ＝ Ek＋Wo
能量守恒定律的體現(xiàn)
1.這個方程表明，只有當(dāng)hv > W0 時，光電子才可以從金屬中逸出， W0＝hvc就是光電效應(yīng)的截止頻率。
2.這個方程還表明，光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率v有關(guān)，而與光的強(qiáng)弱無關(guān)。這就解釋了截止電壓和光強(qiáng)無關(guān)。
3.電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電流自然幾乎是瞬時產(chǎn)生的。
4.對于同種頻率的光，光較強(qiáng)時，單位時間內(nèi)照射到金屬表面的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大。
四．愛因斯坦光電效應(yīng)理論的證實(shí)
從1907年起，美國物理學(xué)家密立根開始以精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個重要的物理量。值得一提的是，密里根本來是以抱著推翻愛因斯坦光電效應(yīng)的理論去做實(shí)驗(yàn)的，最終的結(jié)果恰恰證實(shí)了結(jié)論的正確性。間接證明了光子論的正確性。
五．康普頓效應(yīng)和光子的動量
X射線的散射，散射后的X射線中，還有波長比入射波長長的射線。
康普頓用光子的模型成功地解釋了這種效應(yīng)。他的基本思想是：光子不僅具有能量，而且具有動量，光子的動量p與光的波長λ和普朗克常量h有關(guān)。
六．光子本性的深化理解
公式中揭示的內(nèi)涵，左邊是描述粒子性的能量和動量，右邊是描述波動的頻率和波長，互相之間有了內(nèi)在聯(lián)系。從而說明光具有波粒二象性。
