光电效应的发现过程。光电效应在量子理论发展史上具有特殊意义。其研究经历了一个曲折的过程。 1.赫兹紫外线照射显示异常。所谓光电效应，就是电子在光的作用下从金属表面产生的运动。发射现象最早由德国物理学家HR赫兹（HR Hertz，1857-1894）于1887年发现。在研究电磁波发射和接收的实验中，他利用调谐电路中的火花隙来产生电磁波。应用另一个类似的电路来检测电磁波，他意外地发现，当打火间隙产生的光与接收间隙隔离时，必须缩短接收间隙才能使其产生火花！任何其他火花的光照射到间隙的端点也会导致间隙之间产生火花。经过进一步调查，赫兹得出结论，造成这种现象的是光的紫外线部分。当光照射到间隙中的负极时，效果最强。显然，负极在紫外线照射下更容易放电。他当时无法解释这些现象，只是如实记录下来。这些现象最早是在1887年发表的一篇题为《论紫外线对放电现象的影响》的文章中描述的。 2.伦纳德-赫兹发现磁偏转定律，吸引了许多人从事这方面的研究。 1889 年，哈尔瓦克（，1859-1922 年）进行了一系列实验。他用碳弧照射绝缘的锌板，并将锌板连接到验电器，发现如果锌板原本带负电，则照射后会很快失去电荷；如果锌板原本带正电，则照射后仍保持不变。
用一块玻璃隔开前面的碳弧，现象消失，说明确实是紫外线在起作用，锌板发出的负电荷一定是负的。俄国人斯托莱托夫（1836-1896）也研究了光电效应并取得了重要成果。他发现：为了产生光电流，光必须被电极吸收；光电流的大小与入射光的强度成正比；实际上，光电流在照射开始时立即产生，不会随着时间的推移而积累。在光电效应的研究过程中，德国物理学家、赫兹的助手雷纳德（P.，1862---1947）做出了重要贡献。他早在1889年就开始做一些简单的光电效应实验。起初，他假设光电效应是由阴极射线引起的，但他在1894年的实验证明这种想法与事实不符。 1899年，JJ汤姆逊采用磁偏转法切断电流来测量光电流的荷质比，证实光电流和阴极射线是由同一类型的带电粒子组成。 1900年伦纳德也用磁偏转法测量了光电流。对于荷质比也得到了同样的结果。实验装置如图1所示。当入射光照射到干净的金属表面（阴极K）时，电子被发射。如果一些电子撞击阳极A，则电流流过外电路。阳极相对于阴极的电势可以是正的或负的，以增加或减少到达阳极的电子数量。图2所示为两束不同强度的入射光照射在阴极C上时测得的电流与电压的关系。当阳极A的电位高于阴极K的电位时，电子被吸引到阳极。当电压值U足够大时，电极C发射的电子全部到达阳极，因此电流达到最大值。
观察到最大饱和电流与入射光强度成正比。他还创造了一种实验方法，通过添加反向电压来测量电子的最大速度，从而获得反向电压（也称为阻止电压）。 ）与入射光的强度无关，即电子离开金属板的最大速度与光的强度无关。从图2可以看出，不同光强的抑制电压为(-U0)。这个结论显然与经典理论相矛盾。根据经典理论，当光束强度增加时，作用在电子上的力也增加，因此光电子的动能也增加；而根据经典理论，光是一种电磁波，其能量是连续的。当照射光不太强时，只要照射足够长的时间，电子也可以积累到从金属表面逸出所需的程度。消耗的能量，但实验事实不同。要么电子无论被照射多长时间都无法从金属表面逃逸，要么电子一旦被照射就立即从金属表面逃逸，根本没有任何延迟时间（最多10-9秒的量级）伦纳德赢得了1905年因发现光电效应的上述重要性而获得诺贝尔物理学奖。 3.爱因斯坦——光子理论解决了难题。光电效应让经典的电磁波理论陷入困境，为物理学的晴空增添了另一片乌云。这一事实启发了年轻的爱因斯坦（A.，德国，1879）。 -1955) 他正在认真思考。这时，理论物理学家普朗克（M.，德国，1858-1947）发表了能量量子假说，成功解决了黑体辐射问题。爱因斯坦在研究金朗克的能量量子假说后，将量子理论彻底应用到辐射和吸收过程中，提出了新的光量子假说，从而解决了光电效应问题。
爱因斯坦认为，在光传播的空间中，光的能量并不是均匀分布的，而是由局域于空间各个点的有限数量的能量量子组成。根据这一新观点，光照射到达金属板时，其所有能量都转移给了某个电子。每个量子（即光子）的能量为 hυ。 h 是普朗克常数。 ν 是光的频率。不同的光源有不同的光频率。当光照射金属板后爱因斯坦光电效应方程式，应满足以下能量守恒方程。上式也称为光电方程。方程中的 hυ 是光子的能量，w 是每个电子逃离金属表面时必须克服的结合能。是电子离开金属表面后的最大动能。从这个方程可以看出，电子吸收光子能量后，如果这个能量hυ大于结合能W，它就可以从金属表面逃逸；否则，它无法从金属表面逸出。逃逸，因为一个电子同时吸收两个以上光子的概率极小，所以不能指望随着时间的推移积累逃逸金属表面所需的能量。某种金属材料有一个阈值频率。频率低于阈值频率的光照射不会导致金属板释放电子；当光的频率高于这个阈值时，电子可以从吸收的光子中获得足够的能量来逃逸。从金属表面逃逸的电子的最大动能显然与光的频率有关。爱因斯坦还因发现光电效应定律而获得1921年诺贝尔物理学奖。 4. 密立根——准确的实验结论 爱因斯坦的光量子假说和光电方程可以充分解释光电效应中的各种现象，但并没有立即得到人们的认可。受到的质疑比同年（1905年）还要多，就连一些相信量子概念的著名物理学家，包括普朗克本人，都反对他提出的狭义相对论。
一方面，这是因为经典电磁理论的传统观念深深束缚了人们的思维；另一方面，也是因为这一假设尚未得到充分验证。因此，科学家们从1907年就开始从事这方面的研究工作，主要困难是接触电位差的存在和金属表面氧化物的影响。例如，1907年（E.）用六种不同频率的紫外光照射金属表面，并测量了最大发射能量（用抑制电压U.表示）。然而，得到的经验公式是一个常数，而不是爱因斯坦的光电方程。线性关系，即其他科学家工作的实验结果也与理论预期有很大差异。直到1916年，密立根（RA，美国人，1868-1953）的精密实验才完全证实了爱因斯坦的光电方程。这是密立根花了十年时间研究接触电位差、消除各种误差源并改进去除氧化膜的真空装置后实现的。尤其是去除表面氧化层的问题在技术上尤为困难。然而，密立根确实是一位杰出的实验物理学家。他巧妙地设计了试管，终于解决了金属氧化的问题。示意图如图3所示，将玻璃管抽成高真空，将碱金属样品制成小圆柱状，固定在小轮W上。管外有电磁铁（图中未示出） ）可转动小轮，将样品与入射光窗o对准，用电磁铁控制刀K对圆柱形样品进行薄切，刮去金属表面极薄的一层氧化层。密立根将这项技术称为“真空机械切割”，金属将光电子发射到与敏感检流计相连的金属丝圆筒中。
对于各种频率的入射光，为了防止光电子发射，金属圆柱体样品表面的电势高于丝网圆柱体。为了使铜电极S和B具有相同的接触电位爱因斯坦光电效应方程式，对其进行了非常精细的加工。如果由于某种原因在电极 S 和金属圆柱体之间产生电势差，则改变它们之间的距离（通过铜电极 S 上的旋塞阀）会导致电流在与其连接的静电计中流动。这样，如果施加的外部电势的值使得电荷没有移动，则该外部电势仅补偿接触电势。实验的目的是尽可能准确地检查表示入射光频率与最大电位差之间关系的直线的斜率。密立根得到的金属钠的最大光电子能量（基于停止电位差测量）与入射光频率的关系如图4所示。可以看出，线性关系非常好，斜率也很好。可以得到曲线，即斜率为。密立根可以根据从图中获得的斜率值并使用他之前的油滴实验中测量的电子电荷e值来计算普朗克常数erg·秒。这与普朗克根据绝对黑体辐射定律中的常数计算出的值完全一致。在许多其他能产生光电效应的材料表面上进行的实验贝语网校，在实验误差范围内也得到了相同的结果。非常有趣的是，密立根的精密实验验证了爱因斯坦光电方程的正确性，却与他的预想完全相反。密立根对爱因斯坦的光电子假说一直持保留态度。他说：“经过十年的实验、改造和学习，有时甚至是错误，我从一开始就把全部的心血投入到光量子发射能量的精确测量上，测量它随温度、波长的变化，作为材料的功能（接触电位差）发生变化。
与我自己的预期相反，这项工作最终成为1914年第一个直接的实验证据，证明爱因斯坦方程在较小的实验误差范围内是准确有效的，也是第一次从光电效应直接测量普朗克常数。 h，得到的精度约为0.5%，这是当时能得到的最好值。”密立根在事实面前服从了真理，进而宣布爱因斯坦光电方程被完全证实，值得后人学习由于他在光电效应和基元电荷测量方面的杰出研究，他获得了1923年的诺贝尔物理学奖，在我们的教科书中讨论了与“减反射涂层”研究相关的四个问题。增透膜的应用，由于篇幅较短，介绍的比较浅，所以我们整理了一篇短文，以满足同学们的好奇心，开阔一下他们的视野。 1.为什么要给光学镜片镀膜呢？透明薄膜，即抗反射涂层？现代光学设备，例如相机、电影放映机镜头、潜艇潜望镜等，是由许多光学元件组成的，例如这些设备中的透镜、棱镜等。部分光线在每个镜面反射，因此只有 10% 至 20% 的入射光通过该装置，所得图像暗且不清晰。计算表明，如果一个设备包含六个透镜，那么 50% 的光将被反射。如果在镜面镀上透明薄膜，即增透膜，就会大大减少光的反射损耗，增强光的透过强度，提高成像质量。
2、为什么要求增透膜的厚度为薄膜介质中入射光波长的四分之一？当光照射到两种透明介质的界面时，如果光从光密介质发射到光稀疏介质，则光可能会发生全反射；当光从光稀疏介质传播到光密介质时，反射光会发生半波损耗。对于玻璃镜片上的增透膜来说，其折射率介于玻璃和空气的折射率之间。当光线从空气射向镜头时，薄膜两侧的反射光都有半波损耗，因此薄膜的厚度只要满足两反射光的光程差为半个波长。薄膜背面的反射光比正面的反射光传播的距离更长，是薄膜厚度的两倍。因此，薄膜厚度应为薄膜介质中光波长的1/4，使两束反射光相互抵消。可见增透膜的厚度d=λ/4n（其中n为薄膜的折射率，λ为光在空气中的波长）。 3、为什么减反射膜要镀折射率为1.38的氟化镁？单层增透膜的理论基础表明，当薄膜的折射率n满足：（其中n空和n玻璃分别为空气和玻璃时的折射率）时，反射光的强度为零透光率为100%。对于一般折射率在1.5左右的光学玻璃，为了用单层薄膜达到100%的减反射效果，必须确定薄膜的折射率。具有如此低折射率的涂层材料很难找到。因此，现在一般采用折射率为1.38的氟化镁（MgF2）来镀单层减反射膜。
但对于折射率较高的光学玻璃，单层氟化镁膜即可达到良好的减反射效果。 4、为什么镀有增透膜的光学镜片会呈现淡紫色？对于减反射效果好的氟化镁膜，仍有约1.3%的光能被反射。另外，对于其他波长的光，给定的膜层厚度不是膜中这些光波长的1/4，减反射效果较差。一般情况下，入射光为白光，增透膜在反射时只能使某一波长的光相互抵消，不可能使白光中所有波长的光相互抵消。选择增透膜时，一般要使人眼敏感的绿光在垂直入射时相互抵消。此时，光谱边缘的红光和紫光还没有完全抵消。因此，出现了镀有增透膜的光学镜。紫丁香。