§2.2、 光的量子性
2.2.1、光电效应
某些物质在光（包括不可见光）的照射下有电子发射出来，这就是光电效应的现象。利用容易产生光电效应的物质制成阴极的电子管称为光电管。
图2-2-1所示的电来研究光电效应的规律。实验发现了光电效应的如下规律：
?9光电效应过程非常快，从光照到产生光电子不超过10s，停止光照，光电
v EKmV A O I Im2Im1 2 1 v0v O P 图2-2-1
效应也立即停止。
各种材料都有一个产生光电效应的极限频率v0。入射光的效率必须高于v0才能产生光电效应；频率低于v0的入射光，无论其强度多大，照射时间多长，都不能产生光电效应。不同的物质，一般极限频率都不同。
逸出的光电子的最大初动能可以这样测定，将滑动变阻器的滑片逐渐向左移动，直到光电流截止，读出这时伏特表的读数即为截止电压U。根据动能定理，光电子克服反向电压作的功等于动能的减小，即
eU?12mvm2
实验结果表明，当入射光频率一定时，无论怎样改变入射光的强度，截止电压都不会改变；入射光频率增大，截止电压也随着呈线性增大。这说明，逸
出的光电子的
最大初动能只能随入射光频率增大而增大，与入射光强度无关。最大初动能与入射光频率的关系如图2-2-1所示。
在入射光频率一定条件下，向右移动变阻器的滑动片，光电流的强度随着逐渐增大，但当正向电压增大到某一值后继续再增大时，光电流维持一个固定图2-3值不变，此时光电流达到饱和。增大入射光的强度P，饱和光电流也随着成正比地增大。如图2-2-1所示。
2.2.2、光子说
光电效应的四个特点中，只有第四个特点够用电磁来解释，其他特点都与电磁场理论推出的结果相矛盾。爱因斯坦于1905年提出的光子说，完美地解释了这一现象。
光子说指出：空间传播的光（以及其他电磁波）都是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子。光子的能量跟它的频率成正比即
E=hv
式中h为普朗克恒量。光子也是物质，它具有质量，其质量等于
m?Ehv?22cc
光子也具有动量，其动量等于
p?mc?hvhv?cc
根据能量守恒定律得出：
12mvm?hv?W2
上式称为爱因斯坦光电效应方程。式中W称为材料的逸出功，表示电子从物而中逸出所需要的最小能量。某种物质产生光电效应的极限频率就由逸出功
决定：
v0?Wh
不同物质电子的逸出功不同，所对应的极限频率也不同。
在图2-3中，图线与v轴的交点v0为极限频率，将图线反身延长与Ekm轴的交点对应的数值的绝对值就是W。图线的斜率表示普朗克恒量的数值，因此，图示电路还可以用来测定普朗克恒量。
2.2.3、康普顿效应
当用可见光或紫外线作为光电效应的光源时，入射的光子将全部被电子吸收。但如果用X射线照射物质，由于它的频率高，能量大，不会被电子全部吸收，只需交出部分能量，就可以打出光电子，光子本身频率降低，波长变长。这种光电效应现象称为康普顿效应。
当X射线光子与静止的电子发生碰撞时，可以用p表示入射光子的动量，代表散射光子的动量，mv代表光电子的动量。则依据动量守恒定律，可以用图
p?hvc，所以
2-2-4表示三者的矢量关系。由于
2hv2hv?22h2(mv)?()?()?2?vv??cos?ccc
mv h? 由能量守恒定律得出：
mc2?hv??m0c2?hv
p
p?
式中m0表示电们的静止质量，
图2-2-4
m表示运动电子的质量，有图2-4
m?m0v1?()2c