第8章量子现象.pdf

177 178 一、光的粒子性與光電效應 1. 光電效應的發現 我們在第六章學過光是一種波 ，即電場與 磁場交互感應形成的電磁波 。但是到了二十世 紀初 ，物理學家卻發現有時候光會呈現粒子 性 。 光 的 粒 子 性 主 要 是 透 過 光光 電電 效效 應應 光光 電電 效效 應應 (photoelectric effect)而為人所知曉的。所謂的光 電效應是指將光照射到金屬表面 ，讓電子從金 屬表面跑出來的現象 。如圖8-1 所示 ，若我們 以光照射金屬表面 ，就可偵測到有電子從金屬 表面釋出 ，這些因光照射而釋出的電子，即稱 為光電子光電子(photo electron) 。最早發現這個效應的 光電子光電子 物理學家 ，也正是在實驗室製造出電磁波的赫 茲。後來赫茲的學生雷納（Philipp Lenard ，1862 －1947 ，德國人）更深入地研究此現象 ，發現 了以下幾個結論 。 179 ◄圖 8-1 光照射金屬表 面使電子釋出。 180 出現光電子 。如果光的頻率不夠高，無論其強 度有多大 ，都打不出光電子來。這個特定頻率 會依不同的金屬而異 ，如圖8-2 所示 。 2. 入射光強度愈大 ，金屬表面所放出的光電子 數量就愈多 ，如圖8-3 所示 。 3. 光電子所帶的動能和入射光的強度無關 ，但 會隨入射光的頻率提高而增加 。例如：照射 紫色光而跑出來的光電子 ，比照射藍色光而 出現的光電子有更大的動能 （圖8-4 ）。 在馬克士威的電磁波理論中 ，光所具有的 電磁能和光的強度有關 。光愈強，光的電磁能 就愈大 ，所以較強的光所打出來的電子，便應 該具有較大的動能 。因此上述的1. 、3. 兩點結 果，在傳統電磁波理論中非常難以理解 。 Key Point 光電效應是指因光照射而造成電子釋出的現 象。 181 ▲圖 8-2 入射 ▲圖 8-3 入射 ▲圖 8-4 紫光 光的頻率需大 光強度愈大， 所打出的光電 於某一特定頻 金屬表面所放 子比綠光所打 率（依不同金 出的光電子數 出的光電子有 屬而異），才能 量就愈多。 更大的動能。 使金屬表面釋 出光電子。 Key Point 光電效應無法以電磁波理論作出完整解釋。 2. 光電效應的解釋 1905 年，愛因斯坦在一篇著名論文中 ，提 出革命性的觀點以解釋光電效應 ，後來他也因 此獲得諾貝爾物理獎 。愛因斯坦假設光是由眾 多一個個的光量子光量子 （light quantum ）所組成的 光量子光量子 182 有相同的能量 E ，E 和光的頻率f 成正比 ： 8 ．1 式 E = hf 上式中的比例常數 h 稱為普朗克常數(Planck Cons