Một thí nghiệm chứng tỏ có sự mâu thuẫn giữa kết quả thực nghiệm với lí thuyết cổ điển của ánh sáng là hiệu ứng quang điện. Nếu ánh sáng không đơn sắc được chiếu đến bề mặt sạch của vật liệu, thì những electron (những electron quang) có thể được phát ra từ bề mặt. Theo vật lí cổ điển, nếu cường độ ánh sáng đủ lớn, động năng của electron sẽ lớn hơn công thoát và electron s ẽ thoát ra khỏi bề mặt kim loại không phụ thuộc vào tần số của ánh sáng tới. Điều này thực tế không xảy ra. Hiệu ứng quan sát được trong thực tế là, với cường độ ánh sáng tới không đổi, nếu tần số ánh sáng nhỏ hơn một tần số υ0nào đó (υ0là tần số giới hạn phụ thuộc vào loại vật liệu cụ thể) thì sẽ không có electron nào đư ợc thoát ra từ bề mặt vật liệu. Còn khi υ ≥ υ0 động năng cực đại của electron quang biến đổi tuyến tính theo tần số. Kết quả này được biễu diễn trong hình 2.1. Nếu cường độ ánh sáng tới biến đổi còn tần số không đổi, tốc độ phát xạ electron quang thay đổi, nhưng động năng cực đại vẫn giữ nguyên.
Tiếp theo, chúng ta sẽ thực hiện một thí nghiệm ảo về hiệu ứng quang điện. Trước tiên, hãy xem hình vẽ mô tảcác bộ phận và cách điều khiển thí nghiệm.
Nhấp vào đâyđểthực hiện thí nghiệm.
Vào năm 1900, Planck đã giả thuyết rằng bức xạ nhiệt được phát ra từ bề mặt đun nóng thành những lượng năng lượng nhỏ rời rạc được gọi là lượng tử. Năng lượng của những lượng tử này là E=hυ, ở đây υ là tần số của bức xạ và h được gọi là hằng số Planck (h=6,625.10–34 J-s). Sau đó vào năm 1905, Einstein đã giải thích hiệu ứng quang điện bằng cách giả thiết rằng năng lượng trong sóng ánh sáng bao gồm những lượng nhỏ rời rạc. Những lượng nhỏ rời rạc này được gọi là photon có năng lượng là E=hυ. Do đó, một photon với năng lượng đủ lớn mới có thểva chạm vào electron ởbề mặt vật liệu. Năng lượng nhỏ nhất để bứt electron ra khỏi bề mặt được gọi là công thoát của vật liệu.
Và phần năng lượng dư sẽbiến thành động năng của electron quang. Kết quả này đã được xác nhận bằng thực nghiệm và được minh họa trong hình 2.1. Hiệu ứng quang điện chứng tỏ bản chất gián đoạn của photon và chứng minh hành vi giống hạt của photon.
Động năng cực đại của electron quang có thểviết là
0 2 max 2 1 hv hv m T