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zhuge456铁虫 (小有名气)
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[交流]
【交流】关于光电效应 已有7人参与
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| 光电效应的基本实验事实是：当光的频率大于截止频率是，只要有光照就会瞬时产生光电流。但是当光的频率小于截止频率时，无论光强有多强，关照时间有多久都无法产生光电效应。对于这种现象的解释是：光的能量只和它的频率有关，这个可以接受。问题是为什么电子接受到光子的能量后不能叠加呢？即电子为什么没有办法同时吸收2个光子的能量，或者在第一个光子的能量耗尽之前再吸收一个光子的能量，这样就可以实现能量的叠加了。也就是说使用频率比截止频率小一点点的的光照射金属的时候，也有可能产生光电效应。到底为啥不能实现能量的叠加呢？ |
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电子能否吸收一个光子后待一段时间再吸收一个光子，或者同时吸收两个光子或者两个以上的光子？显然，从实证角度而论，这是不可能的，因为如果能实现的话，那么就不存在极限频率问题．但从理论分析，电子同时吸收两个或两个以上的光子并不违反动量守恒和能量守恒定律，为什么就不可能呢？ 其实，爱因斯坦早在他第一篇关于光电效应的论文中就已指出，如光强超过某一值，在适当的实验中可以观测到电子吸收两个光子而发生的光电效应．1960年激光问世以来，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． 由此可见，对于光电效应所得到的实验规律，特别是每种金属都存在极限频率，以及爱因斯坦光电效应方程，都只是在线性光学（弱光）范围内适用，即都只适用于单光子吸收的情形；对于非线性光学（强光），即双光子吸收或多光子吸收却不适用．至于教材所说的“只要不超过极限频率，光的强度再怎么大也不会有光电流”的叙述，只是限于中学物理的教学范畴，为了不使问题复杂化而已． |
4楼2010-10-30 12:54:27
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