光电效应：尖锐的能量阈值
1·预测
不同波长的光照射在功函数为2.3 eV的金属上。只要两种波长都高于阈值，波长更短（更偏蓝）的光子是否会射出动能更大的电子？
- 不——动能仅取决于光强度，而不取决于波长。
- 它取决于金属的颜色，而不是光的波长。
- 是的——高于阈值，较短的波长意味着更高的光子能量，因此喷射的电子具有更多的动能。
2·设置
- 打开「光电效应：尖锐的能量阈值（photoelectric-threshold）」预设并按重置。光电管的功函数固定为 2.3 eV。
- 启用光子能量与最大动能读数。
- 设置每次试验的光波长并记录喷射电子的最大动能。
3·收集数据
| 波长λ (nm) | 光子能量E_γ (eV) | 最大动能K_max (eV) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 350.00 | ||
| 400.00 |
针对三次试验，绘制K_max（y轴）相对1/λ（x轴）的关系图。直线是否为一条直线？
4·分析
- 对于其中一次试验，使用h = 6.626×10⁻³⁴ J·s、c = 3×10⁸ m/s计算E_γ = hc/λ，再使用φ = 2.3 eV计算K_max = E_γ − φ。将两者与表格比较。
- 请解释为什么一旦超过阈值，K_max会随光子能量（因而也随1/λ）线性增加，斜率恰好为1，y截距为−φ。
5·扩展
- 经典波动理论曾预测，即使是昏暗、低频的光，只要等待足够长的时间或提高强度，最终也应该能射出电子。请解释在爱因斯坦的光子解释出现之前，光电效应那与强度无关、界限分明的能量阈值为何如此令人惊讶。
- 如果将相同波长的光强度加倍，K_max 会改变吗？相反会发生什么改变？
这个实验背后的物理原理
光子能量
光子的能量仅取决于其波长（或频率）：E = hc/λ = hf。波长越短，光子能量越高。
最大光电子动能
爱因斯坦的光电方程：入射光子的能量首先支付功函数（将电子与金属结合的能量），剩下的就变成了弹出电子的动能：K_max = E_γ − φ。