光电效应中各个概念之间的关系

电子说

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听说原子物理没懂,特别是光电效应。那是当然啦,概念多,细碎,非重点内容,老师又不细讲,自己又“没空”去整理,也就觉得乱,自然就没懂啦。

于是,我在这里带你整理一下光电效应的内容吧。

这里只给整理方法,以及一些需要补充的内容。各个概念(课本有且很详细)对应的定义请自行翻书。

一、光电效应中出现的各个概念

1、光电效应

2、光电子

3、光电流和饱和光电流

4、截止频率(极限频率)

5、光照强度

6、光子

7、逸出功

8、最大初动能

9、遏止电压

二、光电效应现象的实验

先来看看实验电路图(实验器材自行翻书,电路连接看不懂的自行复习 滑动变阻器的分压接法 )。

光电管

第一个要研究的问题当然是怎样才能发生光电效应。

这里我们就需要考虑到实验的变量: 光的颜色 (对应光子频率)、 光照强度 (单位时间照射到金属表面的光子数)、 光照时间金属的种类

学了这么久理科,都知道控制变量法:

对同一种金属而言,当入射光的频率低于某一频率时,无论光照强度多强、时间多长,光电效应都不发生。当入射光的频率高于此频率时,光电效应 瞬间发生

这个“某一频率”就是极限频率,是金属对入射光频率的最低要求。

每种金属都有自己的极限频率。

为什么是这样?爱因斯坦的光电效应方程(能量守恒)解释了这个问题。光电效应方程和具体的解释请自行翻书。

光电子的最大初动能需要测量:实验装置的电源反接,光电管两端接电压表,调节滑动变阻器使G表示数恰好为0,此时电压表的示数为遏止电压的值 。

这里的测量其实是对光电子用了动能定理:反向电压对光电子做的功等于光电子的动能变化。当G表的示数恰好为0,即电子动能正好减为0。所以可以用电子电量乘以遏止电压计算出光电子的最大初动能。

第二个问题,实验中观察到这样的现象:

光电效应中,G表的示数在正向电压较小时,会随着电压的增大而增大,但会趋于一个最大值。此后无论再如何增大正向电压,G表示数都不变了。在同种光的照射下,增大光照强度,这个最大值会增加。

这个最大值就是饱和光电流,在同种光的照射下,它只跟光照强度有关。

可以从电流的定义式(I=q/t)和微观表达式(I=neSv)去看这个问题:

电流是单位时间通过导体横截面的电量,而光照强度是单位时间照身到金属表面的光子数,它限制着光电子的数量n。

正向电压影响的是通过导体横截面的电荷的速率v。速率足够大的情况下,单位时间内出现了数量上的空档期,就出现饱和光电流啦。

最后要注意的问题:光电效应现象发现的意义(自己翻书吧)。如果对光的波动性云里雾里,就看看你们没有选的那本选修:机械振动和波。

最后附上各个概念之间的关系图。

光电管

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