光电效应的两条主线与两个图象

陶汉斌●

浙江省金华第一中学(321015)

光电效应的两条主线与两个图象

陶汉斌●

浙江省金华第一中学(321015)

光电效应就是用光子去轰击金属，从金属表面打出电子，打出的电子叫做光电子.学生在理解光电效应的规律时，关键是要掌握两条主线与两个图线，充分理解光子的个体行为与群体行为.

光电效应;光子;电子;光电子;个体行为;群体行为

在光电效应规律的学习过程中，掌握光电效应所遵循的规律，关键是掌握“两条主线与两个图象”.

一、两条主线

1．光的频率线——单个光子的效应

光子的频率不仅决定能否发生光电效应，还决定了从金属表面打出的电子的最大初动能.当光子的频率γ大于或等于该金属的极限频率γ0时，就能产生光电效应.

当然，我们也可从能量的观点分析光电效应现象.光子的能量是一份一份的，每一份的能量为E=hγ.当光子的能量大于或等于该金属的逸出功时，即E=hγ≥W=hγ0，就能发生光电效应，而从金属表面打出的电子的最大初动能为EK=hγ-W.所有这些情况的分析皆是单个光子的行为.

2．光的强度线——大量光子的整体效应

光强是单位时间内通过垂直于光的传播方向上单位面积的能量，公式为I=nhγ，其中n为单位时间内通过垂直于光的传播方向上单位面积的光子数.

当发生光电效应时，光强增大，照射到金属上的单位时间内的光子数增多，单位时间内逸出的光电子数增加.如果用N表示单位时间内入射到金属上的光子数，用N′表示单位时间内逸出金属的光电子数，则必有N′正比与N，也就是说单位时间内从金属上逸出的光电子数与光的强度成正比.光电子从金属表面射出后形成光电流，饱和光电流为I0=N′e.因此，电路中形成的饱和光电流也与入射光的强度成正比.以上讨论中的情况由光的强度决定，它是由单位时间内能引起光电效应的光子数决定的群体效应.

二、两个图象

为了描写光电效应及其规律，我们注重了两条主线，即光的频率线与光的强度线，同样的道理我们将这两条主线也可以用与此对应的两个图象进行直观描述.

1．光电子的最大初动能随光的频率变化而变化的图象

根据EK=hγ-W=hγ-hγ0，可以作出如图1所示的图象.由图象可知：

①当EK=0时，γ=γ0，即图象中横坐标的截距，在数值上等于金属的极限频率，即γ≥γ0时能发生光电效应，否则不能.

②图象的形状是一条直线，直线的斜率在数值上等于普适常数h.

显然，对于不同的金属所发生的光电效应，其光电子的最大初动能随光的频率变化而变化的图象在同一EK～γ图象中皆为相互平行的平行线，因此，若知道极限频率，我们可以根据图象直接求出对应的光频率的最大初动能.

③假设图象的延长线与EK轴的截距为W，则有W=hγ0，即图象中纵坐标轴的截距在数值上等于这种金属的逸出功.

2．光电流随外电压变化而变化的规律

如图2所示，光照射下从阴极上逸出的光电子初速度的方向是多向的，而光电流只与参与导电的单位时间的光电子数成正比.在实验过程中，光电流的变化规律可用图线3表示.

①当滑动片P由a向b移动时，由于外加电压的存在，在阴极K、阳极A间形成电场，使光电子加速，参与导电的光电子数增加，于是光电流增加.但当P移动到某一位置时，所有的光电子都参与了导电，此时光电流达到最大值I0，此后再增加外加电压，也不能增加光电流，此最大电流就叫饱和光电流I0.即给光电管加正向电压时，如果光电流未达到饱和光电流，光电流将随正向电压的增大而趋向某一定值，当达到饱和电流I0后，光电流不再随正向电压的变化而变化.

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1008-0333(2016)34-0063-01