爱因斯坦为啥得诺贝尔奖?李永乐老师讲光电效应实验

作者: admin 分类: 科学 发布时间: 2021-08-25 13:38

        我们知道啊爱因斯坦。一生中有很多的贡献,比如说狭义相对论、广义相对论。但是他唯一一次获得诺贝尔奖呢是因为解释光电效应。爱因斯坦是如何思考这个问题的呢?在1905年的时候,爱因斯坦连续发表了三篇论文。所以那一年被称为爱因斯坦71年,对吧?他这三篇论文里面有一篇是关于布朗运动的,有一篇是狭义相对论,还有一篇呢就是光电效应的。

        那么对于这个问题啊,爱因斯坦的解释是这样的,当时呢。有一名德国物理学家普朗克这个普朗克呀,他为了解释黑体辐射的问题啊,提出了一个概念,叫做能量子的概念。也就是说,正宗端的例子的能量呢是一份一份的。能量是量子化的,这个和人们传统的认识是不一样的,对吧?人们认为能量呢是连续可变的。但是普朗克说,不是说我们为了解释光电效应呢,必须假设能量是一份一份的。啊,他做完了这个理论之后,其实他自己都不是很相信啊当时的主流科学家们也不是很接受这个观点。但是呢爱因斯坦就说哎我要是借用这个观点,我就可以非常漂亮的解释光电效应了。

        所以爱因斯坦就借用了这个观点啊。咱们来看爱因斯坦怎么说的,爱因斯坦就说说普朗克,你不是说振动带电粒子能量是一份一份的嘛,那我可以加一句,我说呀光也是这样是吧?光的能量也是一份一份的也是一份份的。这每一份的能量就成为一个什么,成为一个光子啊成为一个光子。这个光子的能量有多大呢?一个光子的能量它是与频率有关的。这光子的能量E就等于普朗克常数乘以频率。其实这个公式是普朗克的公式,普朗克在提出能量量子化的时候就提出过这个公式。

        爱因斯坦说那说光子闫满足这个特点啊,所以把这个公式重写了一遍。其中这里边的H是什么?ah, 叫普朗克常数,等于6.63乘以10的负34次方焦耳秒叫普朗克常数。这里边的F是什么?F就是我们刚才说的频率,也就是说呢。光子的能量就是跟频率强壮比的频率越大,能量就越高,频率越小,能量的约定就完了。那有人说,那你光强到底啥意思?人家以前说的这个光强代表能量。这里边说光子的能量是由频率决定的,光强在哪儿呢?爱因斯坦是这么解释的,他说光强嘛他其实代表了什么呢?其实代表了光子个数,也就是说你光强越大,光月亮就专门表明什么呀?表明光子多。光子多总能量就大,但是在一个光子的能量,他就是hf,他就只跟频率有关,跟光强是没有关系的啊,这是爱因斯坦的一个结论。那么为了解释光电效应实验呢,爱因斯坦还提出了其他的说法。

        比如说有一个叫做逸出功。什么叫一出宫呢?IS再说,你看啊,这就有个金属版,对吧?金属板上面有正电荷,业务电子有正殿和已有电子,对不对?现在你要把这个垫子啊撞出来。电子要一旦撞出来了,这个金属板可就带正电了,所以他就会吸引电子对。不对,他要吸引电子的话,电子就不是那么容易出来。所以啊怎么样它需要克服这个吸引力,做功这个做了工就叫逸出功W0。

        你只有外界给我的能量超过了这个预出宫,我才能溢出。如果你外界给我的能量不够,我就根本不可能溢出,也就不能发生光电效应。谁给你能量,那不就是光子吗?对吧,所以就出现了两种情况。第一个啊就是光子的能量。如果它比这个W零大,哎,这种情况他就能够发生光电效应。如果这个光子的能量,它比这个W0小,他就不能发生光电效应啊,就这么一个结果。

        所以爱因斯坦就解释了,说为什么光的频率不够的时候,他不能够发生光电效应。那有人说哎,频率不够的话,我多照一会儿啊,我两个光子一起撞一个电子行不行呢?IS坦说不行,他说呀一个电子最多。啊,一个电子最多只能什么呀?只能吸收一个光子的能量。如果这个光子的能量。足以使得这个电子飞出来,那么国内效应就发生了。那么如果这个店这个光子的能量不足以使电子飞出来,这个能量很快就被散发掉了啊,就通过这座右散发掉。

        现在我们就理解这个问题呢,主要是因为什么呢?主要是因为啊垫子非常多,光子比较少,所以两个光子同时打到一个电子的几率是非常非常低的。但是假如我们把这个光强做的非常非常大,那光子的密度非常大。这个时候也有可能会发生一个电子吸收两个光子的情况,但是那是用激光才能做。这是后话了啊。但是在爱因斯坦那个时代呢,一个电子最多只能吸收一个光子能量是没问题的。好了。综合爱因斯坦的这些结论,最后IS等给出的一个公式。

        什么公式呢?他说呀这个电子的动能一K等于什么呢?你本来给我一个一束光子,这时候光子呢它的能量就是hf,对吧?然后呢,一个电子最多只能吸收一个hf,然后他需要交一个一出宫一出功率W0,所以他上的这个能量就是hf减。W0。那么这个方程呢就称之为爱因斯坦光电效应方程啊,我们再来看一遍这个方程。光啊给了你这么多能量hf对吧?这是光子的能量。W0呢是一出宫,你要想出来,你就必须要克服这个吸引力,做这么多工轿玉出宫啊。那于是你如果还有剩余好,那你就怎么样,你就用动能的形式带就行了。啊,打个比方吧,比如有一个球员他要转会啊,那么转会费是ww0。另外一个俱乐部说了,我能给你这么多的钱,对吧?那这个时候我就要看,如果你给我的钱不足以让我转会,那我根本出不来。如果你给我的钱,足以让我转会,我送的那个钱,球员就自己带着,对吧?就被他动了,就这么个事儿。而且假如我们把这个图像画出来的话,我们看横坐标是光的频率F。

        纵坐标是逸出电子的动能。ek那这个函数图像上什么样的呢?他实际上是个依次还是往下平移,对吧?所以在这里有一个点叫F0。啊,你必须要fb f零大这个EK才能出线,否则的话1K是负的关联效应根本不会发生啊,然后呢就是这样的一条线,这条曲线的斜率是什么?斜率应该就是。普朗克常数H对吧?好,爱因斯坦提出这个理论之后,也并不是所有人都接受他这个观点。很多科学家反对他,比如说著名的美国主义学家秘笈,根就反对下命令。根呢想通过实验证实爱因斯坦是错的。于是米利根就做了这样一个图像去测量斜率数量。普朗克常数结果一发现一侧,哎,这个普朗克常数测的结果跟普朗克当时在研究黑体辐射时测出端的那个普朗克常数是完全一样的。所以反而蜜跟证明了艾斯坦的结论是正确的。最后呢,爱因斯坦在1921年的时候获得了诺贝尔奖。

        而密立根呢也在1923年的时候紧跟着IS坦获得诺贝尔奖。至此啊,人们发现光不光是具有波动性的,在解释某些问题的时候,必须把。光看成例子,于是光就具有了波粒二象性,但是这种波粒二象性的并不同于牛顿的微粒说惠更斯的波动说爱因斯坦提出了波段性的学说之后呢,也为后续物理学的发展铺平了道路。如得不到易所提出的物质波理论,说电子也具有波动性啊,这也是在爱因斯坦的这个玻璃二线性的启发之下才建立起来的。

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