光电效应有哪些规律_光电效应有哪几种

　　光电效应简介

　　光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象。在高于某特定频率的电磁波照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电。光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出。科学家们在研究光电效应的过程中，物理学者对光子的量子性质有了更加深入的了解，这对波粒二象性概念的提出有重大影响。

　　光电效应有哪些规律

　　a.仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时，物体才能发出光电子，这个频率蛳叫做极限频率（或叫做截止频率），相应的波长入。叫做极限波长。不同物质的极限频率”

　　b.光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关。这就是说，光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。

　　C.产生光电流的过程非常快，一般不超过10^-9秒;停止用光照射，光电流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。

　　d.产生光电流的强度和照射发光强度成正比，且存在饱和电流。

　　光电效应有哪几种

　　光电效应有外光电效应、内光电效应两种。内光电效应中又分为光电导效应和光生伏特效应。基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等；内光电效应中，基于光电导效应的光电元件有光敏电阻；基于光生伏特效应的光电元件有光电池等；此外还有光敏二极管和光敏晶体管等。

　　光电效应及其实验规律

　　对于光电效应这一节，重点在于理解光电效应的含义及其实验装置和规律。下面就这个实验的装置和实验规律加以剖析。

　　光电效应的含义：

　　在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。

　　研究光电效应的实验装置如图1所示，阴极K和阳极A封闭在真空管内，在两极之间加一可变电压，用以加速或阻挡释放出来的电子。光通过小窗照到阴极K上，在光的作用下，电子从电极K逸出，并受电场加速而形成电流，这种电流称为光电流。

　　实验结果发现，光和光电流之间有一定的依存关系。

　　（1）在入射光的强度与频率不变的情况下，电流——电压的实验曲线如图2所示。曲线表明，当加速电压U增加到一定值时，光电流达到饱和值，这是因为单位时间内从阴极K射出的光电子全部到达阳极A。则饱和电流。

　

　　另一方面，当加速电压逐渐减小到零，并逐渐变负时（这时电场力对于光电子来说是阻力），光电流并不降为零，这就表明从电极K逸出的光电子具有初动能。所以尽管有电场力阻碍它运动，仍有部分初动能比较大的光电子到达电极A。但由于单位时间内到达阳极A的光电子数减少，所以光电流就随着减小。随着反向电压越来越大，单位时间内到达阳极A的光电子数就越来越少，光电流也就越来越小。但是当反向电压增大到等于时，就能阻止所有的光电子飞向电极A，光电流降为零，这个电压叫遏止电压。它使具有最大初速度的光电子也不能到达电极A。这样我们就能根据遏止电压来确定电子的最大初速度和最大初动能，即可得：，式中e为电子的电荷。

　　（2）在用相同频率不同强度的光去照射电极K时，得到电流—电压的曲线如图3所示。它显示出对于不同强度的光，是相同的，这说明同一种频率，不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的。但光电流强度不同，这是因为入射光的强度是由单位时间到达金属表面的光子数目决定的，而被击中的光电子（亦即吸收了光子能量的电子）数又与光子数目成正比，这样光的强度越大，被击出的光电子数就越多，则形成的光电流就越强。即当入射光的频率一定时，光电流的强度与入射光的强度成正比。

　　（3）用不同频率的光去照射电极K时，实验的结果是：频率愈高，愈大，说明了光电子的最大初动能与光的频率有关。并且光的频率v与成直线关系，如图4所示。频率低于的光，不论强度多大，都不能产生光电子，因此称为极限频率。对于不同的材料极限频率不同。

　　总结所有的实验结果，光电效应的规律就可归纳为如下几点：

　　①在入射光频率一定的情况下，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比，也就是单位时间内被击出的光电子数与入射光的强度成正比。

　　②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，而只与入射光的频率有关。频率越高，光电子的能量就越大。

　　③入射光的频率低于的光，无论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电子发射。

　　④光的照射和光电子的释放几乎是同时的，一般不超过秒。

　　为了解释光电效应的所有实验结果，1905年爱因斯坦推广了普朗克关于能量子的概念，提出了光子说，光子说能够很好地解释光电效应。把光子的概念应用于光电效应时，爱因斯坦认为一个光子的能量是传递给金属中的单个电子的。电子吸收一个光子后，把能量的一部分用来挣脱金属对它的束缚，余下的一部分就变成电子离开金属表面后的动能，按能量守恒和转化定律应有：

　　上式即为爱因斯坦光电效应方程，其中为光电子的动能，W为光电子逸出金属表面所需的最小能量，称为金属的逸出功。不同的金属逸出功是不一样的。

　　光电效应方程的图象如图5所示，即为该种金属的极限频率。

　　光电效应的应用领域

　　1、制造光电倍增管

　　算式与观察不符时（即没有射出电子或电子动能小于预期），可能是因为系统没有完全的效率，某些能量变成热能或辐射而失去了。

　　2、光控制电器

　　利用光电管制成的光控制电器，可以用于自动控制，如自动计数、自动报警、自动跟踪等等，右上图是光控继电器的示意图，它的工作原理是：当光照在光电管上时，光电管电路中产生电光流，经过放大器放大，使电磁铁M磁化，而把衔铁N吸住，当光电管上没有光照时，光电管电路中没有电流，电磁铁M就自动控制，利用光电效应还可测量一些转动物体的转速。

　　3、光电倍增管

　　利用光电效应还可以制造多种光电器件，如光电倍增管、电视摄像管、光电管、电光度计等，这里介绍一下光电倍增管。这种管子可以测量非常微弱的光。右下图是光电倍增管的大致结构，它的管内除有一个阴极K和一个阳极A外，还有若干个倍增电极K1.K2.K3.K4.K5等。使用时不但要在阴极和阳极之间加上电压，各倍增电极也要加上电压，使阴极电势最低，各个倍增电极的电势依次升高，阳极电势最高，这样，相邻两个电极之间都有加速电场，当阴极受到光的照射时，就发射光电子，并在加速电场的作用下，以较大的动能撞击到第一个倍增电极上，光电子能从这个倍增电极上激发出较多的电子，这些电子在电场的作用下，又撞击到第二个倍增电极上，从而激发出更多的电子，这样，激发出的电子数不断增加，最后后阳极收集到的电子数将比最初从阴极发射的电子数增加了很多倍（一般为105～108倍）。因而，这种管子只要受到很微弱的光照，就能产生很大电流，它在工程、天文、军事等方面都有重要的作用。

　　4、农业病虫害防治

　　农业虫害的治理需要依据为害昆虫的特性提出与环境适宜、生态兼容的技术体系和关键技术。为害昆虫表现了对敏感光源具有个体差异性和群体一贯性的趋光性行为特征，并通过视觉神经信号响应和生理光子能量需求的方式呈现出生物光电效应的作用本质。利用昆虫的这种趋性行为诱导增益特性，一些光电诱导杀虫灯技术以及害虫诱导捕集技术广泛地应用于农业虫害的防治，具有良好的应用前景。