物理光電效應原理及其在實際中的應用探討

張益斌

摘 要：在物理學中，光電效應是一種非常神奇的現象。某些物質內部的電子如果在高于某特定頻率的電磁波照射下，可以被光子激發，從而形成電流，這種現象稱為光生電現象。早在十九世紀，德國物理學家赫茲首次發現光電現象。筆者對物理光電效應原理進行分析，并就其在實際中的應用探討。

關鍵詞：物理光電效應 實際生活 應用

1.物理光電效應原理分析

當光照射在物體上時，光的能量只有部分以熱的形式被物體所吸收，而另一部分則轉換為物體中某些電子的能量，使這些電子逸出物體表面，這種現象稱為光電效應。物理光電效應的本質是光與物質（金屬）之間的相互作用。在信號轉換的過程中，光電效應是非常重要的。利用光電效應原理，不僅可以制作光電管，夜視儀，還可以將其在電視錄像、光電檢測等多個領域中進行應用。正是因為光有波粒二象性，光的波性被顯現出來，從而產生衍射、干涉、偏振等現象。如果光和物體發生作用，光的粒子性就被顯現出來。圖1是研究光電效應的一種簡單實驗裝置：在光電管的陽極A和陰極K之間加上直流電壓U，當用單色光照射陰極K時，陰極上就會有光電子逸出，它們將在加速電場的作用下飛向陽極A而形成電流I，稱為光電流。

2.物理光電效應的實際應用探討

2.1物理光電效應在光電管中的應用

光電管從本質上來看就是一種光電器件，其應用較為普遍。在1927年，美國首次拍攝成功有聲電影之前，電影是無聲的。在后期，盡管電影能夠發聲，但是借助留聲機來實現電影的播放的。如果聲音和影像不能默契配合，那么播放出來的效果是很不理想的。在二十一世紀的今天，我們能夠通過電視機或電腦輕輕松松地觀看到有聲電影，這跟光電管的發明是分不開的。當一部電影拍攝結束之后，就需要進行錄音，在錄音的過程中，會使用設備將聲音的改變轉化為光的改變，聲音的“像”攝制在影片的邊緣，最終形成影片邊上的音道。在對電影進行放映的過程中，光電管的工作的過程就是使“聲音的照片”被還原為聲音的過程。其中用到的原理就是在變化的光照射光電管的前提條件下，使電路中的電流發生改變，如果使電流放大，那么就可以借助喇叭實現聲音的播放。

2.2物理光電效應在光控繼電器中的應用

光控繼電器是工廠中廣泛使用的一種器件，很多光電控制設備都會用到光控繼電器。光控繼電器的用途非常廣泛，不僅可以自動計數，還可以用于安全生產。比如在傳送帶產品的傳送的過程中，如果要自動計數，可以將光源放置在傳送帶一側，將光電管放置在傳送帶的另一側，一旦有產品在傳送帶上傳送，那么光線就會被遮擋，光控繼電器就放開銜鐵一次，從而使計數器數字加1。又如，在某些機器上安裝光控繼電器，可以使機器停止工作，從而實現對工人的保護，使事故發生的概率大大降低。

2.3物理光電效應在太陽能電池中的應用

太陽能電池是可以有效吸收太陽能并將其轉化成電能的半導體部件，其原理是利用光生伏特效應把光能轉換成電能。這種半導體部件的主要結構是一個較大的PN結，所謂PN結，就是將P型半導體與N型半導體制作在同一塊半導體（通常是硅或鍺）基片上，在它們的交界面就形成空間電荷區，這個空間電荷區被稱為是PN結。現在，太陽能電池在多個領域獲得了廣泛的應用。比如在人造衛星和空間站，使用其他能源是很難獲得持久的能量支持的，而太陽能幾乎是取之不盡用之不竭的，將太陽能轉化為電能是一個不錯的想法。太陽電池電源設備在航空運輸和氣象觀測、航線識別領域都有應用。不僅如此，在我們日常生活中，手表和照相機等也可以使用太陽能電池，這些太陽能電池使用的原理就是物理光電效應的原理。

2.3物理光電效應在光電探測器中的應用

在半導體光電效應實際應用中，光電探測器是其中非常重要的應用之一。光電探測器不僅能夠實現對光輻射的接收，還可以實現對光輻射的探測。通過對光電探測器的組成進行分析，不難發現其主要的部件是光敏管，其中二極管和三極管是光敏管重要的組成部分。在高中教材中，傳感器的應用實驗使我們對光敏電阻的功能有了進一步的認識，其中光敏電阻能夠對光電信號進行轉化。在數碼照相機中，光電探測器能夠對光子的基本粒子的圖案進行感知，并把圖案轉為圖像。在夜視鏡中，借助光探測器可以使人的肉感感知到熱輻射。

3.小結

在科學技術飛速發展的過程中，物理光電效應原理得到了越來越深入而廣泛的應用。在實際應用中，物理光電效用不僅在光電管、光控繼電器、太陽能電池、光電探測器中有應用，而且在其他很多領域可以看到物理光電效應的應用。在學習高中物理的過程中，我們應當學會將高中物理知識應用到實際中去。在對日常事物觀察的同時，加強對高中物理理論知識的理解，從而實現理論和實踐的結合。

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