光電效應(yīng)的兩條主線與兩個(gè)圖象

陶漢斌●

浙江省金華第一中學(xué)(321015)

光電效應(yīng)的兩條主線與兩個(gè)圖象

陶漢斌●

浙江省金華第一中學(xué)(321015)

光電效應(yīng)就是用光子去轟擊金屬，從金屬表面打出電子，打出的電子叫做光電子.學(xué)生在理解光電效應(yīng)的規(guī)律時(shí)，關(guān)鍵是要掌握兩條主線與兩個(gè)圖線，充分理解光子的個(gè)體行為與群體行為.

光電效應(yīng);光子;電子;光電子;個(gè)體行為;群體行為

在光電效應(yīng)規(guī)律的學(xué)習(xí)過程中，掌握光電效應(yīng)所遵循的規(guī)律，關(guān)鍵是掌握“兩條主線與兩個(gè)圖象”.

一、兩條主線

1．光的頻率線——單個(gè)光子的效應(yīng)

光子的頻率不僅決定能否發(fā)生光電效應(yīng)，還決定了從金屬表面打出的電子的最大初動(dòng)能.當(dāng)光子的頻率γ大于或等于該金屬的極限頻率γ0時(shí)，就能產(chǎn)生光電效應(yīng).

當(dāng)然，我們也可從能量的觀點(diǎn)分析光電效應(yīng)現(xiàn)象.光子的能量是一份一份的，每一份的能量為E=hγ.當(dāng)光子的能量大于或等于該金屬的逸出功時(shí)，即E=hγ≥W=hγ0，就能發(fā)生光電效應(yīng)，而從金屬表面打出的電子的最大初動(dòng)能為EK=hγ-W.所有這些情況的分析皆是單個(gè)光子的行為.

2．光的強(qiáng)度線——大量光子的整體效應(yīng)

光強(qiáng)是單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于光的傳播方向上單位面積的能量，公式為I=nhγ，其中n為單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于光的傳播方向上單位面積的光子數(shù).

當(dāng)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光強(qiáng)增大，照射到金屬上的單位時(shí)間內(nèi)的光子數(shù)增多，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加.如果用N表示單位時(shí)間內(nèi)入射到金屬上的光子數(shù)，用N′表示單位時(shí)間內(nèi)逸出金屬的光電子數(shù)，則必有N′正比與N，也就是說單位時(shí)間內(nèi)從金屬上逸出的光電子數(shù)與光的強(qiáng)度成正比.光電子從金屬表面射出后形成光電流，飽和光電流為I0=N′e.因此，電路中形成的飽和光電流也與入射光的強(qiáng)度成正比.以上討論中的情況由光的強(qiáng)度決定，它是由單位時(shí)間內(nèi)能引起光電效應(yīng)的光子數(shù)決定的群體效應(yīng).

二、兩個(gè)圖象

為了描寫光電效應(yīng)及其規(guī)律，我們注重了兩條主線，即光的頻率線與光的強(qiáng)度線，同樣的道理我們將這兩條主線也可以用與此對應(yīng)的兩個(gè)圖象進(jìn)行直觀描述.

1．光電子的最大初動(dòng)能隨光的頻率變化而變化的圖象

根據(jù)EK=hγ-W=hγ-hγ0，可以作出如圖1所示的圖象.由圖象可知：

①當(dāng)EK=0時(shí)，γ=γ0，即圖象中橫坐標(biāo)的截距，在數(shù)值上等于金屬的極限頻率，即γ≥γ0時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，否則不能.

②圖象的形狀是一條直線，直線的斜率在數(shù)值上等于普適常數(shù)h.

顯然，對于不同的金屬所發(fā)生的光電效應(yīng)，其光電子的最大初動(dòng)能隨光的頻率變化而變化的圖象在同一EK～γ圖象中皆為相互平行的平行線，因此，若知道極限頻率，我們可以根據(jù)圖象直接求出對應(yīng)的光頻率的最大初動(dòng)能.

③假設(shè)圖象的延長線與EK軸的截距為W，則有W=hγ0，即圖象中縱坐標(biāo)軸的截距在數(shù)值上等于這種金屬的逸出功.

2．光電流隨外電壓變化而變化的規(guī)律

如圖2所示，光照射下從陰極上逸出的光電子初速度的方向是多向的，而光電流只與參與導(dǎo)電的單位時(shí)間的光電子數(shù)成正比.在實(shí)驗(yàn)過程中，光電流的變化規(guī)律可用圖線3表示.

①當(dāng)滑動(dòng)片P由a向b移動(dòng)時(shí)，由于外加電壓的存在，在陰極K、陽極A間形成電場，使光電子加速，參與導(dǎo)電的光電子數(shù)增加，于是光電流增加.但當(dāng)P移動(dòng)到某一位置時(shí)，所有的光電子都參與了導(dǎo)電，此時(shí)光電流達(dá)到最大值I0，此后再增加外加電壓，也不能增加光電流，此最大電流就叫飽和光電流I0.即給光電管加正向電壓時(shí)，如果光電流未達(dá)到飽和光電流，光電流將隨正向電壓的增大而趨向某一定值，當(dāng)達(dá)到飽和電流I0后，光電流不再隨正向電壓的變化而變化.

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