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光电效应:光照射金属板时,可以使金属板发射电子的现象。
右图中,锌板带正电,验电器也带正电。
光电效应中,金属板发射出来的电子叫光电子,光电子的定向移动可以形成光电流。
相关知识:电磁波按照频率依次增大〔波长依次减小〕的顺序排列:
无线电波→红外线→可见光→紫外线→x射线→γ射线
可见光又分为7中颜色:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
光的频率和颜色是对应关系,一个频率对应一种光的颜色。单色光就是单一频率的光。
光照强度:单位时间内照射到单位面积上的光的能量。〔光线和接收面垂直时〕
通俗讲,光照强度大就是光线密集的意思。房间里开一盏灯时没有开两盏灯光照强度大。
光电效应的规律:〔右图为研究光电效应的电路图〕
光电管中存在饱和电流。当光照强度、光的颜色一定时,光电流随着AK极之间的电压增大而增大,但是当电压增大到一定程度以后,光电流就不再增大了,光电流能到达的最大值叫饱和电流。
控制光的颜色,饱和电流与光照强度有关,光照越强那么饱和电流越大。
光电管两端存在着遏止电压。当A、K极之间电压为零时,光电流并不为零。当在A、K极加反向电压时,即A极为负极板,K极为正极板时,光电子在两极之间减速运动。反向电压越大,光电流越小,当反向电压到达某一值时,光电流消失,能够使光电流消失的反向电压叫遏止电压,用UC表示。
遏止电压与光照强度无关,只与入射光的频率有关,频率越大那么遏止电压越大。
右图中,甲乙丙三种光的频率大小关系?
乙的光照强度大小关系?
金属能否发生光电效应取决于入射光的频率,与光照强度和光照时间无关。
当入射光的频率低于某一值时,无论光照多强,时间多长都不会发生光电效应。而这一值叫做截止频率,又叫极限频率,用νc表示。
如果入射光的频率超过了截止频率,无论光照强度多么弱,发生光电效应仅需10-9s。
爱因斯坦为了解释光电效应,提出了光子说:
在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量E=hν。ν指光的频率。
金属中的自由电子吸收光子能量时,必须是一次只能吸收一个光子,而且不能累计吸收。
光子不能再分,自由电子吸收光子时要么是全部吸收,要么不吸收。
自由电子吸收光子仅需10-9s。
光子说对光电效应的解释:
当光照颜色一定时,光照越强,那么单位时间内照射到金属上的光子数越多,光子数越多那么发射出来的光电子数越多。所以光电流就越大。当A、K极间的电压大到一定程度后,所有的光电子都能从K极到达A极,出现了饱和电流。光照越强,光子数、光电子数相应越多,那么饱和电流增大。
自由电子吸收了光子能量后,能够从金属内部逃逸出来。自由电子从金属中逃逸出来的过程中,要克服原子核对它的引力做功。自由电子从金属中逃逸出来的过程中所要克服引力所做功的最小值,叫金属的逸出功,用W0表示。逸出功是由金属本身决定的,不同的金属有不同的逸出功。
假设要自由电子能够从金属中逃逸出来,那么自由电子吸收的光子能量E=hν必须大于金属的逸出功W0。
因此金属存在着截止频率,hνc=W0。当光子能量hνW0时,才能发生光电效应。
电子从金属中逃逸出来后剩余的动能,由能量守恒定律可知:EK=hν-W,其中W指自由电子逃逸过程中克服引力做的功,当W最小时,电子剩余的动能那么越大,所以,电子的最大初动能EKm=hν-W0。
在光电管中,当在、K极加反向电压时,电场力对电子做负功,当反向电压到达遏止电压UC时,光电子恰好不能到达A极。如右图,A极接电源负极。
那么遏止电压UC满足:-eUC=0-EKm=hν-W0,所以,遏止电压只
与入射光的频率有关,与光照强度和光照时间无关。
玻尔氢原子理论:
产生背景:原子的发光光谱是线状谱,即,原子发出的光的频率〔或波长〕只能是一些不连续的特定值。
每一种原子都有自己独特的线状谱,就好似每一个人都有属于自己独特的指纹一样。
玻尔为了解释原子光谱的规律,提出了玻尔氢原子理论。
1.轨道量子化假设:原子核外的电子只能在一些不连续的、特定的轨道上绕核匀速圆周运动。好似这些轨道是由上帝安排好的一样。
2.定态假设:电子在那些特定轨道上运动时,不会向外辐射电磁波,整个原子的能量不会减少,原子处于相对稳定状态,简称定态。
第1轨道第2轨道
第1轨道
第2轨道
∞轨道
原子的能量指:电子的动能和电子与原子核系统的电势能。
玻尔认为,电子绕原子核的运动规律与卫星绕地球的运动规律相似。轨道半径越大,那么
电子的动能越小,而电势能越大,因为从低轨道到高轨道时引力做负功。
由微积分计算可知,轨道半径增大的过程中,势能增加的多而动能减小的少,所以
轨道半径越大时,原子的能量越大。
玻尔以∞轨道为电势能的零点,电子在∞轨道时,动能也是零,所以在∞时原子的能量为零。
以∞轨道为电势的零点,玻尔还计算出电子在第一轨道时,原子的能
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