光电效应的规律及几个相关概念分析.docVIP

光电效应的规律及几个相关概念分析 “光电效应”的规律及几个相关概念分析 重庆市潼南塘坝中学 张大洪 402678 图1从物理教材上的演示实验（图1示）可发现，当用波长较短的可见光或紫外光照射到某些金属表面上时,金属中的电子就会从光束中吸取能量并从金属表面逸出到空中去，我们将此现象称作“光电效应”现象。“光电效应”现象从事实上揭示了光的粒子本性，爱因斯坦在此基础上提出了“光子说”；但本节中将涉及到以下几组相关概念的理解与分析却成了学习的难点，为此本文将对几组相关概念作出细致的研析以期对广大学生的学习起到事半功倍的作用。 图1 “光电效应”定义：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射出电子的现象叫做光电效应。金属板释放的电子称为光电子,光电子在电场作用下在回路中形成的电流称光电流。 “光电效应”的规律：①各种金属都存在极限频率，只有入射光的频率 才能发生光电效应； ②瞬时性：光电效应的产生几乎是瞬时的（光电子的产生不超过）； 到达金属表面——“即单位时间内通过给定面积”的光子数），故入射光的强度必由单位时间到达金属表面——“即单位时间内通过给定面积”的某一频率的光子数目决定；根据爱因斯坦光子理论当金属中一个自由电子从入射光中吸收一个光子后,就获得能量,如果 大于电子从金属表面逸出时所需的逸出功W ,这个电子就从金属中逸出。 3．“光电子的最大初动能”与“光电子的动能”：光照射到金属时，电子吸收一个光子的能量hν后，就可能向各个方向运动，一部分消耗于克服核的引力及其它原子阻碍做功，剩余部分转化为初动能．只有从金属表面逸出的电子克服阻力做功最小，故其具有的初动能最大，其值为 Ekm=hν - W(式中W为金属的逸出功)，而不从金属表面直接逸出的光电子，其逸出金属后的动能EkEkm． 甲图2最大初动能的测定方法：实验电路如图2甲当图中电流表G读数为零时，伏特表V中的读数就是图乙中的U。设光电子的最大初动能为，若光电子置于图2匀强电场中，则光电子作匀减速直线运动。在电子运动的位移上，设电势差为，电子电量为e，当,电场对光电子做负功，光电子的动能将变为零,所以就代表光电子的 最大初动能； U乙根据爱因斯坦光电方程可得到光电子从金属表面逸出时的最大初动能与入射光的频率成线性关系，当入射光的频率时不管照射光的强度多大金属也不会产生光电效应。 甲 图2 U 乙 图34．“光电流”与“饱和光电流”： 图3 1）正向电压与反向电压：在图2甲电路中让单色光照射高电势K板时，光电效应所逸出的电子将被K、A间的电场阻碍而向A极作减速运动，将此时加于K、A间的电压称作反向电压；在图3示电路中让单色光照射低电势K板时，光电效应所逸出的电子将被K、A间的电场加速而向A极运动，将此时加于K、A间的电压称作正向电压； 2）“光电流”：无论K、A间加上正向电压或反向电压时，K板在光照下产生光电效应发出的光电子均可能运动到达A板而在电路中形成电流，即G表均有示数，故将此电流称作光电流；在K板金属及入射光的频率、强度均保持不变时，电路中的光电流强度的大小（G表示数）将随反向电压绝对值的增大而减小，也将随正向电压的增大而先增大后恒定；在K板金属、入射光的频率及K、A间电压（含正向电压与反向电压）不变时，入射光强度越大，单位时间到达金属表面光子数越多，则从金属逸出的光电子也越多，因而到达A极的光电子也越多，故电路中光电流强度也越大。 3）“饱和光电流”： 在K板金属及入射光的频率、强度均保持不变时，K板在光的照射下单位时间内逸出的光电子的数目是一定的，由于逸出金属后的不同光电子运动方向及具有的动能不同，部分光电子只有在电场力作用下才能到达阳极A，正向电压U较小时只有部分光电子能运动到阳极A故此时电路中的光电流较小；随正向电压的增大将使而多的光电子能加速运动到A极故光电流也随之增大，当正向电压U比较大使得从K板逸出的所有光电子已经全部能加速运动到A极时，电路中的光电流即达到了最大值，这时即使再增大正向电压U，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动A极，电路中的光电流也就不会再增加而保持恒定不变，将电路中此时的电流称作饱和光电流Im，故饱和光电流是一定频率与强度的光照射下的最大光电流。在K板金属、入射光的频率及K、A间正向电压不变时，入射光强度越大，单位时间到达金属表面光子数越多，则从金属逸出的光电子也越多，因而到达A极的光电子也越多；由于金属中的一个电子同时吸收两个及以上光子的几率是极小的，故从金属逸出的光电子数目必与一定频率入射光中的光子数相同，因而电路中的饱和光电流强度必与入射光的强度成正比，且由电流强度的定义可得饱和光电流的大小为（其中为每秒发出的光电子个数）。 5．金属的极限频率、极限波长、逸出功 金属的逸出功W：金属中的电子能从该金属逸出所需要