首先這個(gè)答題學(xué)問非常高深,并且答題內(nèi)容要牽涉到很多專家科學(xué)家們研究的論文,所以非常龐雜,作為普通讀者只要知道什么是光波就好,至于電磁波是否有光電效應(yīng),看完文章也許就有了答案,文章內(nèi)容只爭對光電科普。本人不是什么專家,只是屌絲一枚!
正文如下: 光波,通常是指電磁波譜中的可見光??梢姽馔ǔJ侵割l率范圍在3.9×1014~7.5×1014Hz之間的電磁波,其真空中的波長約為400~760nm。光在真空中的傳播速度為c=3×108m/s,是自然界中物質(zhì)運(yùn)動的最快速度。光波是橫波,其中電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B(或磁場強(qiáng)度H)彼此相互垂直,并且都與傳播方向垂直。
光波具有波粒二象性(是指某物質(zhì)同時(shí)具備波的特質(zhì)及粒子的特質(zhì)):也就是說從微觀來看,由光子組成,具有粒子性;從宏觀來看又表現(xiàn)出波動性。根據(jù)量子場論(或者量子電動力學(xué)),光子是電磁場量子化之后的直接結(jié)果。光的粒子性揭示了電磁場作為一種物質(zhì),是與分子、原子等實(shí)物粒子一樣,有其內(nèi)在的基本結(jié)構(gòu)(組成粒子)的。而在經(jīng)典的電動力學(xué)理論中,是沒有“光子”這個(gè)概念的。光波其實(shí)就是特定頻段上的電磁波。 光波作為一種特定頻段是電磁波,其顏色與頻率有關(guān)??梢姽庵凶瞎忸l率最大,波長最短。紅光則剛好相反。
紅外線、紫外線、X射線等都屬于不可見光。 紅外線頻率比紅光低,波長更長。 紫外線、X射線等頻率比紫光高,波長更短。 發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng),說明光的傳播是量子化的,但光電效應(yīng)不僅不能說明光是一種電磁波,而且其效應(yīng)中發(fā)現(xiàn)發(fā)射電子的初動能與照射光的強(qiáng)度無關(guān)。僅與頻率有關(guān),說明光不是普通的機(jī)械波“波”(當(dāng)然別的試驗(yàn)可以證明光有與普通機(jī)械波相同的屬性如頻率,波長就是普通機(jī)械波具有的屬性)。光是電磁波通過以下事實(shí)或者方法來證明的:1.傳播不需要介質(zhì),真空就可以進(jìn)行;2.通過“反證”來證明,也就是說現(xiàn)代的科學(xué)上認(rèn)為:一個(gè)理論如果不能找到相反的實(shí)驗(yàn)(僅能發(fā)現(xiàn)一例就行)推翻,而現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的所有實(shí)驗(yàn)都能符合這個(gè)理論的話,這個(gè)理論就是正確的。所有發(fā)現(xiàn)的光的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如反射、折射、衍射、干涉、偏振對于經(jīng)典電磁波(無線電波)同樣也能發(fā)生。所以推斷認(rèn)為光是含有電磁因素的波,即電磁波。
光電效應(yīng)是物理學(xué)中一個(gè)重要而神奇的現(xiàn)象。在高于某特定頻率的電磁波照射下,某些物質(zhì)內(nèi)部的電子會被光子激發(fā)出來而形成電流,即光生電。光電現(xiàn)象由德國物理學(xué)家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn),而正確的解釋為愛因斯坦所提出。科學(xué)家們在研究光電效應(yīng)的過程中,物理學(xué)者對光子的量子性質(zhì)有了更加深入的了解,這對波粒二象性概念的提出有重大影響。
光照射到金屬上,引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化。這類光變致電的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應(yīng)(Photoelectric effect)。光電效應(yīng)分為光電子發(fā)射、光電導(dǎo)效應(yīng)和阻擋層光電效應(yīng),又稱光生伏特效應(yīng)。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面,又稱外光電效應(yīng)。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內(nèi)部,稱為內(nèi)光電效應(yīng)。
按照粒子說,光是由一份一份不連續(xù)的光子組成,當(dāng)某一光子照射到對光靈敏的金屬(如硒)上時(shí),它的能量可以被該金屬中的某個(gè)電子全部吸收。電子吸收光子的能量后,動能立刻增加;如果動能增大到足以克服原子核對它的引力,就能在十億分之一秒時(shí)間內(nèi)飛逸出金屬表面,成為光電子,形成光電流。單位時(shí)間內(nèi),入射光子的數(shù)量愈大,飛逸出的光電子就愈多,光電流也就愈強(qiáng),這種由光能變成電能自動放電的現(xiàn)象,就叫光電效應(yīng)。
光電效應(yīng)里電子的射出方向不是完全定向的,只是大部分都垂直于金屬表面射出,與光照方向無關(guān)。光是電磁波,但是光是高頻震蕩的正交電磁場,振幅很小,不會對電子射出方向產(chǎn)生影響。 光電效應(yīng)說明了光具有粒子性。相對應(yīng)的,光具有波動性最典型的例子就是光的干涉和衍射。
只要光的頻率超過某一極限頻率,受光照射的金屬表面立即就會逸出光電子,發(fā)生光電效應(yīng)。當(dāng)在金屬外面加一個(gè)閉合電路,加上正向電源,這些逸出的光電子全部到達(dá)陽極便形成所謂的光電流。
在入射光一定時(shí),增大光電管兩極的正向電壓,提高光電子的動能,光電流會隨之增大。但光電流不會無限增大,要受到光電子數(shù)量的約束,有一個(gè)最大值,這個(gè)值就是飽和電流。所以,當(dāng)入射光強(qiáng)度增大時(shí),根據(jù)光子假設(shè),入射光的強(qiáng)度(即單位時(shí)間內(nèi)通過單位垂直面積的光能)決定于單位時(shí)間里通過單位垂直面積的光子數(shù),單位時(shí)間里通過金屬表面的光子數(shù)也就增多,于是,光子與金屬中的電子碰撞次數(shù)也增多,因而單位時(shí)間里從金屬表面逸出的光電子也增多,電流也隨之增大。(完) 本文圖片來自網(wǎng)絡(luò)。感謝閱讀!
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