实验装置
光子能量: 0.00 eV
动能: 0.00 eV
光电流: 0.00 nA
光谱
波长: 0 nm
频率: 0.00 THz
光颜色: -
I-V特性曲线
光电流-电压曲线
截止电压 V₀
阈值频率分析
阈值频率 f₀: 0.00 THz
阈值波长 λ₀: 0 nm
功函数 φ: 0.00 eV
实验参数
光参数
颜色预设
材料参数
显示选项
快速预设
光电效应方程
光电方程
E_kinetic = hf - φ
光子能量
E = hf = hc/λ
截止电压
eV₀ = hf - φ
阈值频率
f₀ = φ/h
阈值波长
λ₀ = hc/φ
遏止电势
V₀ = (hf - φ)/e
什么是光电效应？
光电效应是指当足够频率的光照射材料时，电子从材料表面发射的现象。这一效应展示了光的量子性质，并使阿尔伯特·爱因斯坦获得了1921年诺贝尔物理学奖。经典波动理论预测电子能量应取决于光强度，但实验表明它取决于频率。
关键实验观察
阈值频率：只有当光频率超过材料特定的阈值 f₀ 时，才会发射电子，无论强度如何。
瞬时发射：当光照射表面时，电子立即发射（< 10⁻⁹ 秒），即使在低强度下。
能量依赖：发射电子的最大动能与频率线性相关，而非强度。
强度效应：光强度影响发射电子的数量（电流），而非它们的能量。
经典矛盾：波动理论预测能量随时间积累，但实验显示瞬时发射。
爱因斯坦的量子解释
爱因斯坦提出光由称为光子的离散能量包组成。每个光子具有能量 E = hf，其中 h 是普朗克常数，f 是频率。当光子撞击电子时，它会立即转移全部能量。如果这个能量超过功函数 φ（逃逸材料所需的最小能量），电子就会以动能 E_kinetic = hf - φ 发射。这解释了经典波动理论无法解释的所有实验观察。
光电效应的应用
太阳能电池：利用半导体中的光电效应将阳光直接转换为电能。
光电二极管：用于光通信、相机和传感器的光探测器。
光电传感器：检测光线用于自动门、安全系统和工业控制。
夜视设备：使用光电倍增放大弱光信号。
图像传感器：数码相机中的 CCD 和 CMOS 传感器使用光电效应。
光电倍增管：在科学仪器中检测极弱光信号。
历史意义
光电效应由海因里希·赫兹于1887年在研究无线电波时发现。伦纳德1902年的详细测量显示了与经典理论的矛盾。爱因斯坦1905年的量子解释是革命性的——它确立了光量子（光子）的概念并有助于建立量子力学。密立根的精心实验（1912-1915）证实了爱因斯坦方程并测量了普朗克常数，尽管密立根最初怀疑量子理论。光电效应仍然是波粒二象性最清晰的证明之一。