基于高中生视角谈光电效应的发展与应用

刘雨龙

摘要：光电效应是物理学中的一个基础概念，应用广泛且绿色节能。课堂上老师在讲述光电效应时，笔者觉得光生电真的是神奇，此后就一直搜集关于光电效应的资料，关注光电效应的发展以及光电效应的应用。笔者写这篇文章，就是想站在高中生的角度，和大家交流对光电效应发展与应用的看法。

关键词：光电效应；发展；应用

一、光电效应的发展

1887年，德国物理学者海因里希·赫兹在做电磁实验时，偶然观察到了后来被称作光电效应的现象。在研究电磁波的发射与接收实验中，赫兹制造和发射电磁波的方式是通过发射器里的火花不断地制造火花，接收器里也有一个火花间隙，而且还有一个线圈，每当发射器发射的电磁波可以被线圈检测到的时候，火花就在火花间隙中产生。后来赫兹发现，产生光电效应的原因是紫外线的入射。但是这个现象在当时无法解释，光电效应的发现阻碍了光的电子说的继续深入探讨。可惜的是，赫兹并没有继续研究光电效应[1]。但是，人们对光电效应的研究不会结束。1888年，德国物理学家霍尔瓦克斯通过大量的实验证实，赫兹实验中接收器中之所以产生火花，是因为在放电间隙产生了荷电体。

1897年，第三任卡文迪许实验室主任约瑟夫·汤姆孙在演讲中表示，通过观察在克鲁克斯管里的阴极射线所造成的荧光辐照度，汤姆孙发现阴极射线和一般的原子粒子相比，阴极射线在空气中透射的能力更强。在那之后，汤姆孙通过实验测得了阴极射线粒子的荷质比，而且证明了电子的存在，汤姆孙的这些发现对物理学的发展具有里程碑的意义。1899年，汤姆孙又测出了发射粒子的荷质比。汤姆孙通过不断地实验和精确的对比得出了结论，荷电体与阴极射线的本质是一样的，二者都是电子流[2]。

二十世纪初，匈牙利物理学家菲利普·莱纳德在前人结论的基础上，又通过自己不断地实验研究，总结了了几个关于光电效应的重要结论。第一，以改变紫外光源与阴极之间的距离为基础，在单位时间内，光源辐照度越大，从阴极发射出的光电子数量越多。第二，如果改变阴极使用的材料，通过实验观察可知，即使采用不同的材料，但所发射出的光电子的最大速度都是一定的。第三，如果改變阴阳极之间的电压，光电子的最大速度与截止电压成正比，与辐照度无关。可上述结论在当时并没有一个物理学说可以解释，也给当时关于光电效应的研究造成了困扰[3]。

二、光电效应的应用

1、农业病虫害防治。防治病虫害一直备受人们关注，想要治理农业病虫害，需要根据害虫的本身特性选择有针对性的方法。害虫在日常行为中可通过自身产生生物光电效应，不同种害虫对于敏感光源的敏感程度由于自身的特性都会有所不同，而且害虫群体一般都具有趋光性。利用害虫的这些特性，农业病虫害的防治可应用光电杀虫灯技术等，发展前景十分良好。

2、太阳能电池。又称为“太阳能芯片”或“光电池”，通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。有统计数据显示，有136个国家开始推广并普及太阳能电池，其中，95个国家正在重点研究太阳能电池的开发，并不断研制与太阳能电池相关的新型节能绿色产品。太阳能电池的应用已经开始从一些科研领域进入日常应用领域，而且可以应用到一些偏远地区，节省建造输电线路的高昂费用。

从长远角度来看，各国现在都越来越重视绿色能源和保护环境，太阳能电池作为一种新型绿色能源，发展空间极其巨大，虽然现在仍然有很多技术难题，但是笔者相信，随着我国综合实力的稳定提升和人才的不断涌现，太阳能电池开发的进程一定会越来越快。

3、光电传感器。光电传感器也是光电效应的一个重要应用，光电传感器的作用原理简单，组成元件少，可测量的变化值多，测量准确，反应迅速，因此在检测其他物理变化值时，光电传感器得到了广泛应用。光电传感器在烟尘浊度监测仪、条形码扫描笔、产品计数器、光电式烟雾报警器等产品中均有应用。

4、光电倍增管。光电倍增管的制造原理之一是外光电效应，是一种光敏电真空器件，具有响应迅速、噪声低、成本低廉等优点，主要电子、医疗、化工、天文研究等领域，在天文研究中，可以测量天体光强弱的快速变化，还可以测量不是很明亮的天体。

三、结语

随着时代的进步，人们对光电效应的研究也越来越深入，不断发现新的现象和新的规律，并应用到科研和日常领域，为人们的生活带来便利。笔者在查阅资料时，不仅对发现光电效应各种规律的各位物理学家感到敬佩，更觉得物质转换真的是令人惊讶和赞叹。笔者会持续关注光电效应的先进研究成果，并不断完善和提高自己能力，希望自己也可以为科研事业的发展贡献一份力量。

参考文献

[1] 梅燕琴.光电效应的种类及应用[J].中学物理：高中版，2011，29（12）：58-60.

[2] 魏安赐.外光电效应的种类、条件和涵义[J].河北工业大学成人教育学院学报，2001（04）：3-5.

[3] 杨绍宗.关于光电效应演示实验的再探[J].物理教师，1995（06）：25.

[4] 霍连利，蒙上阳，杨秀清.光电效应实验分析[J].物理实验，2001（02）：41-42.endprint