聽說原子物理沒懂,特別是光電效應。那是當然啦,概念多,細碎,非重點內容,老師又不細講,自己又“沒空”去整理,也就覺得亂,自然就沒懂啦。
于是,我在這里帶你整理一下光電效應的內容吧。
這里只給整理方法,以及一些需要補充的內容。各個概念(課本有且很詳細)對應的定義請自行翻書。
一、光電效應中出現的各個概念
1、光電效應
2、光電子
3、光電流和飽和光電流
4、截止頻率(極限頻率)
5、光照強度
6、光子
7、逸出功
8、最大初動能
9、遏止電壓
二、光電效應現象的實驗
先來看看實驗電路圖(實驗器材自行翻書,電路連接看不懂的自行復習 滑動變阻器的分壓接法 )。
第一個要研究的問題當然是怎樣才能發生光電效應。
這里我們就需要考慮到實驗的變量: 光的顏色 (對應光子頻率)、 光照強度 (單位時間照射到金屬表面的光子數)、 光照時間 、 金屬的種類 。
學了這么久理科,都知道控制變量法:
對同一種金屬而言,當入射光的頻率低于某一頻率時,無論光照強度多強、時間多長,光電效應都不發生。當入射光的頻率高于此頻率時,光電效應 瞬間發生 。
這個“某一頻率”就是極限頻率,是金屬對入射光頻率的最低要求。
每種金屬都有自己的極限頻率。
為什么是這樣?愛因斯坦的光電效應方程(能量守恒)解釋了這個問題。光電效應方程和具體的解釋請自行翻書。
光電子的最大初動能需要測量:實驗裝置的電源反接,光電管兩端接電壓表,調節滑動變阻器使G表示數恰好為0,此時電壓表的示數為遏止電壓的值 。
這里的測量其實是對光電子用了動能定理:反向電壓對光電子做的功等于光電子的動能變化。當G表的示數恰好為0,即電子動能正好減為0。所以可以用電子電量乘以遏止電壓計算出光電子的最大初動能。
第二個問題,實驗中觀察到這樣的現象:
光電效應中,G表的示數在正向電壓較小時,會隨著電壓的增大而增大,但會趨于一個最大值。此后無論再如何增大正向電壓,G表示數都不變了。在同種光的照射下,增大光照強度,這個最大值會增加。
這個最大值就是飽和光電流,在同種光的照射下,它只跟光照強度有關。
可以從電流的定義式(I=q/t)和微觀表達式(I=neSv)去看這個問題:
電流是單位時間通過導體橫截面的電量,而光照強度是單位時間照身到金屬表面的光子數,它限制著光電子的數量n。
正向電壓影響的是通過導體橫截面的電荷的速率v。速率足夠大的情況下,單位時間內出現了數量上的空檔期,就出現飽和光電流啦。
最后要注意的問題:光電效應現象發現的意義(自己翻書吧)。如果對光的波動性云里霧里,就看看你們沒有選的那本選修:機械振動和波。
最后附上各個概念之間的關系圖。
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