原子物理之光电效应

普朗克能量子

定义

普朗克认为,带电微粒(高中阶段主要研究电子)辐射或吸收能量的时候,只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍。这个不可再分的最小能量值就叫做能量子。

通常的,我们认为光子也是一种能量子。

能量子大小

公式:

εhν

其中,ε 代表该能量子的能量大小,
ν 代表电磁波的频率,
h 代表普朗克常量,大小约是

6.63×1034J·s

光电效应

任何照射到金属表面的电磁波,能量被该金属表面电子吸收后,导致电子逸出的现象,称为光电效应,逸出的电子称为光电子

实验规律

  1. 任何一种金属都有一个截止频率 νc ,入射光的频率必须大于该截止频率才能产生光电效应。若小于截止频率,则无论光强多强都不会产生光电效应。

  2. 入射光照射到金属上是,光电子的发射几乎是瞬时的,一般不会超过 109s

重要概念

逸出功

逸出功( W0 是使电子能够脱离某种金属所需的最小能量(最小做功),逸出功决定了截止频率。

光电子最大初动能

发生光电效应后,金属表面电子吸收光子后克服原子核引力逸出时,所具有的最大的动能

爱因斯坦光电效应方程

表达式:Ek=hνW0
该方程表明,光电子的最大初动能与入射光的频率 ν 呈现线性关系而非正比,与光强无关。

其物理意义是:一个电子吸收光子能量后,一部分克服金属逸出功 W0另一部分则变成逸出后的最大初动能

饱和光电流

正向电压电路图
如图,向该光电管加正向电压,则随着正向电压的增大,光电流会趋向于一个饱和值,也就是在电流较小时,电流随电压增大而增大,但当电流增大到一定值,无论如何提高电压,电流都不会增大了。

产生这种现象的原因是在光强一定的情况下,光电子的供应量是有限的,就像是学校放学,学生出校门的速度是 100/ ,当校门很小时,这个速度会被减小,随着校门扩大,速度逐渐提升,但是当校门扩大到一定程度,无论如何扩大都会维持在这个速度。

饱和光电流的重要前提条件:光照条件不变

遏止电压

反向电压电路图
如图,对光电管加反向电压,在某光照环境下使得光电流正好减为零,该电压称为遏止电压( Uc

公式如下:eUc=Ek=hνW0
其中,e 指的是电子的带电荷量。

饱和光电流、遏止电压的动态分析

光强的公式:I=n·hν

n 代表光子数目。

颜色相同、强度不同的光

他们的遏止电压相同,因为频率相同

强光的饱和光电流大,弱光的饱和光电流小,因为光子数目减少

颜色不同、强度相同的光

高频光的遏止电压高,饱和光电流低,

低频光的遏止电压低,饱和光电流高。

原因:光照强度相同,高频光频率高则光子数目少,而饱和光电流与光子数目有关,与频率无关。

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