從前兩個影片中我們學習到 雷納做的光電效應實驗裝置 與實驗數據的I-V圖 接下來 我們將完整的討論雷納的實驗結果與發現 有哪些困擾著當時的古典物理學者呢？ 讓我們先來複習一下前一支影片的重點 一、使用相同頻率但不同強度的入射光 照射於同一種金屬靶 實驗結果顯示 光電子的飽和電流I與光強度成正比 但是截止電壓卻沒有隨著光強度改變 而有任何變化 也就是光電子的最大動能沒有隨著光強度改變 二、若使用不同頻率的入射光 照射於同一種金屬靶 實驗結果則顯示 截止電壓Vc會跟著改變 也就是光電子的最大動能 會隨著不同頻率的入射光改變 三、相同頻率的入射光 若照射於不同種類金屬靶 實驗結果顯示光電子的最大動能 也會隨著金屬靶的種類改變 除了I-V圖的實驗結果 雷納還發現了什麼呢？ 接著 讓我們來討論雷納發現的四個重要的實驗結果 一、底限頻率的存在 光電效應是否產生光電子 與入射光的頻率有關 入射光的頻率必須要大於某個最低的頻率 稱為底限頻率 而底限頻率與金屬的種類有關 卻與入射光的強度無關 二、與照射時間長短無關 光電效應是否產生光電子 與照射的時間長短無關 雷納發現入射光若能產生光電子 安培計的指針偏轉 幾乎與入射光開始照射同時 時間間距只有10的負8次方到10的負9次方秒 反之 若無法產生光電子 就算增加照射時間 也無法讓光電子被入射光擊出 三、飽和電流與入射光頻率無關 若能產生光電子 則光電子的飽和電流值 與入射光的強度成正比 卻與入射光的頻率無關 四、光電子最大動能與入射光頻率有關 若能產生光電子 光電子的最大動能與入射光的強度無關 卻與入射光的頻率或金屬的種類有關 我們學習過 電磁波是由變動的電場與磁場振盪組成的 而振盪的幅度稱為振幅 按照古典物理電磁學的理論 電磁波的能量與振幅的平方成正比 所以強度越大的電磁波 振幅也越大 當入射光照射到金屬靶時 電子會受到電磁波的電場作用 因此電子會隨著電場產生振動 電子振動的強度越大 越有能量能脫離金屬靶的束縛 前一支影片 我們試著解釋了雷納的第三個實驗結果 將一個振幅比較大的波 拆成好幾個振幅比較小的子波 每一個子波都分別使不同的電子產生振動 那就可以振動較多的電子脫離金屬靶 也就是說 光強度較大的入射光 能夠撞擊出更多的電子 因此飽和電流值也變大了 接著 我們也試著用古典電磁學 解釋雷納其他的實驗結果 如果有兩個同樣振幅大小 但是不同頻率的電磁波 照射在同樣的金屬靶上 雖然振幅相同 但是頻率較大的電磁波 代表單位時間內電場振動的次數較多 因此 我們是否能想像成被照射的電子 在單位時間內隨著電場振動的次數也較多呢？ 於是電子也會獲得較多的能量 這個解釋 可以說明為什麼頻率較大的入射光照射 可以產生動能較大的光電子 但古典電磁學認為 物質吸收光波能量或累積能量都需要時間 可是實驗上 卻會立即產生光電效應 古典電磁學也認為 紅光即使能量不夠 但增加照射時間 電子就能累積夠大的能量脫離金屬靶 但是實驗上 也沒辦法觀察到這個結果 所以古典物理的理論 無法解釋底限頻率的存在 也無法解釋雷納得出的 與照射時間無關的實驗結果 以單色光照射金屬表面後 金屬表面的電子吸收入射光的能量 部分能量用於克服金屬表面對電子的束縛 剩餘能量則轉為電子動能 自金屬表面逸出成為光電子 下列有關光電效應實驗的敘述 哪些是古典物理學無法解釋的？ 讓我們來複習一下 雷納發現的四個重要的實驗結果 第一、光電效應是否產生光電子 與入射光的頻率有關 入射光的頻率必須要大於某個最低的頻率 稱為底限頻率 第二、光電效應是否產生光電子 與照射的時間長短無關 古典電磁學無法解釋底限頻率的存在 也無法解釋與照射時間無關 第三、若能產生光電子 光電子的飽和電流值 與入射光的強度成正比 與入射光的頻率無關 第四、若能產生光電子 光電子的最大動能與入射光的強度無關 只與入射光的頻率或金屬的種類有關 入射光照射在金屬靶表面 若電子獲得足夠的能量 即可脫離金屬靶的束縛 成為自由電子 同學們想想看 電子所需要的能量 與化學在高二下所學的游離能 是相同的能量嗎？ 歡迎留言分享你的想法喔！ 下次見囉 bye bye