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    光電效應

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    光電效應是高中物理光學部分一個比較抽象的概念,也是物理考卷的命題熱點之一。

    光電效應是一個很重要而神奇的現象

    在光的照射下,某些物質內部的電子會被光子激發出來而形成電流,從能量轉化的角度來看,這是一個光生電,光能轉化為電能的過程。

    光電效應

     

    光電效應最早由德國物理學家赫茲于1887年發現,但這一現象在當時很長一段時間內不能被解釋清楚。

    光電效應正確的解釋由愛因斯坦提出。科學家們對光電效應的深入研究對發展量子理論起了根本性的作用。

    光電效應的基本性質

    (1)每一種金屬在產生光電效應時都存在一極限頻率(或稱截止頻率),即照射光的頻率不能低于某一臨界值。相應的波長被稱做極限波長(或稱紅限波長)。當入射光的頻率低于極限頻率時,無論多強的光都無法使電子逸出。

    愛因斯坦

    (2)光電效應中產生的光電子的速度與光的頻率有關,而與光強無關。

    (3)光電效應的瞬時性。實驗發現,即幾乎在照到金屬時立即產生光電流。響應時間不超過十的負九次方秒(1ns)。

    (4)入射光的強度只影響光電流的強弱,即只影響在單位時間單位面積內逸出的光電子數目。

    在光顏色不變的情況下,入射光越強,飽和電流越大,即一定顏色的光,入射光越強,一定時間內發射的電子數目越多。

    光電效應的逸出功

    逸出功指的是,光照射金屬時,電子從金屬表面逃逸必須要克服束縛而做的功。

    常用單位是電子伏特(eV)。金屬材料的逸出功不但與材料的性質有關,還與金屬表面的狀態有關,在金屬表面涂覆不同的材料可以改變金屬逸出功的大小。

    當外界的光能量低于逸出功時,不會發生光電效應。

    光電效應的截止電壓

    光電管工作原理示意圖

    如下圖所示的電路圖,當我們在光電管電路的基礎上,加上一個電源與滑動變阻器,便可以制造一個截止電壓。

    截止電壓的概念是這樣的:設置上圖的滑動變阻器的P的位置,使得電流計G示數為零。

    電流為零,這說明電壓為零,即外界電源產生的電壓與原來光電管產生的電壓抵消了。此時,上圖中電壓表V所測的外在電源的電壓,叫做截止電壓。

    顯然,利用所測量的截止電壓,并借助上述公式(2)可以反推Ek,再借助上述公式(1)可以求解K金屬的逸出功。

    光電效應的截止頻率

    剛好能夠讓金屬發生光電效應的頻率(Ek=0),稱之為截止頻率。

    截止頻率滿足方程:hv0=W

    由截止頻率的概念可知,低于截止頻率的光,無法讓金屬板發生光電效應。 

    光電效應與光電管

    光電管原理

    王尚老師輔導書物理自診斷每道題都有視頻講解,哪道題不會掃題旁二維碼即可看視頻,學習更高效,考試分數更高,歡迎添加微信teacherws咨詢。

    光電管是基于光電效應的一種光電轉換器件。光電管可使光信號轉換成電信號。光電管工作原理圖如上圖所示,某種單色光照射金屬K,金屬K表面的電子俘獲能量后可以克服原子核的束縛(逸出功),并有一部分能量富裕,這就是電子的動能。

    電子如圖所示,從K表面激發出來后,向A極運動。這樣,A極有大量的負電荷帶負電,而K極失去了電子帶正電。

    如果將K極與A極連接,串聯一個靈敏電流計(圖中G表),那么電流計就有示數。這就是光電管原理解釋。

    光電效應與光電管都不好理解,筆者建議同學們借助物理自診斷專題45的典型題以及配套的視頻來深入學習。更為詳細的解析請看文章:光電管

    http://www.q6113.com/zongjie/x35/481801.html

    理解光電效應需注意的幾個地方

    (1)體現的是粒子性;

    (2)光電效應的發生條件是光子頻率必須大于等于截止頻率,即光子能量要夠大。

    王尚老師輔導書物理自診斷每道題都有視頻講解,哪道題不會掃題旁二維碼即可看視頻,學習更高效,考試分數更高,歡迎添加微信teacherws咨詢。對光電效應而言,每一種金屬都存在一個截止頻率,只有光子頻率大于這個頻率才可能發生光電效應。

    (3)光電效應發生時間極短,沒有滯后。

    (4)一個光子對應一個電子;激發出來的叫光電子。

    (5)光的強度增加,指的是單位時間內的光子個數增加。光強的增加會增加電流的大小,不會增加電子的初動能。

    光電管

    (6)光電效應基本公式是hv=W+Ek;光子能量轉化的公式,考題有時候會兩種光,兩種金屬板,同學們需要多次利用光電效應方程進行判別。

    (7)光電管的目的是測量光電效應的截止電壓,進而結合光子能量求逸出功。

    光電效應學習問題與王尚老師答疑

    王尚老師物理答疑

    學生問題1:什么是光電子?

    王尚老師:顧名思義,光電子就是光激發出來的電子。具體定義如下:光照射到某些物質上,引起物質的電性質發生變化:該物質的電子俘獲能量后克服原子核的束縛,逃逸出來(形成電流)。這類光致電變的現象被人們統稱為光電效應。金屬表面在光輻照作用下發射電子的效應,發射出來的電子叫做光電子。請同學們借助物理自診斷專題45的例題與我的視頻講解來理解這個考點,以及光電效應的其他知識內容。

    學生問題2:課本上光電管是來干嘛的?

    王尚老師:咱們教材課本講解光電管,從前后邏輯關系來看,其目的有兩個:其一,通過截止電壓的測量,來求解金屬的逸出功。其二,進一步驗證光電效應方程的準確性,為波粒二象性理論做論證案例。請同學們借助物理自診斷專題45的例題與我的視頻講解來理解這個考點,以及光電效應的其他知識內容。

    學生問題3:光電管的公式eU=Ek是加速電子的嗎? 

    王尚老師:光電管的公式eU=Ek并不是用來計算加速電子的速度的,而是用來計算截止電壓的。通過調節滑動變阻器P的位置,令電流表(電流計)G的示數為零,此時電壓表測量的電壓,即為截止電壓。截止電壓滿足公式:eU=Ek。這個公式指的是,在激發出光電子反方向上添加的一個電壓,剛好讓動能為Ek的電子,達不到電極的另外一端,進而形成電流。請同學們借助物理自診斷專題45的例題與我的視頻講解來理解這個考點,以及光電效應的其他知識內容。

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    波粒二象性http://www.q6113.com/zongjie/x35/481802.html

    德布羅意波http://www.q6113.com/zongjie/x35/481800.html

    愛因斯坦http://www.q6113.com/baike/001/32193.html

    質能方程http://www.q6113.com/top/481761.html

    作者:王尚,蘇陽。校正:齊思源。版權歸屬高中物理網(www.q6113.com),嚴禁轉載。

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