光電效應的兩條主線與兩個圖象

陶漢斌●

浙江省金華第一中學(321015)

光電效應的兩條主線與兩個圖象

陶漢斌●

浙江省金華第一中學(321015)

光電效應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.學生在理解光電效應的規律時，關鍵是要掌握兩條主線與兩個圖線，充分理解光子的個體行為與群體行為.

光電效應;光子;電子;光電子;個體行為;群體行為

在光電效應規律的學習過程中，掌握光電效應所遵循的規律，關鍵是掌握“兩條主線與兩個圖象”.

一、兩條主線

1．光的頻率線——單個光子的效應

光子的頻率不僅決定能否發生光電效應，還決定了從金屬表面打出的電子的最大初動能.當光子的頻率γ大于或等于該金屬的極限頻率γ0時，就能產生光電效應.

當然，我們也可從能量的觀點分析光電效應現象.光子的能量是一份一份的，每一份的能量為E=hγ.當光子的能量大于或等于該金屬的逸出功時，即E=hγ≥W=hγ0，就能發生光電效應，而從金屬表面打出的電子的最大初動能為EK=hγ-W.所有這些情況的分析皆是單個光子的行為.

2．光的強度線——大量光子的整體效應

光強是單位時間內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為單位時間內通過垂直于光的傳播方向上單位面積的光子數.

當發生光電效應時，光強增大，照射到金屬上的單位時間內的光子數增多，單位時間內逸出的光電子數增加.如果用N表示單位時間內入射到金屬上的光子數，用N′表示單位時間內逸出金屬的光電子數，則必有N′正比與N，也就是說單位時間內從金屬上逸出的光電子數與光的強度成正比.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度成正比.以上討論中的情況由光的強度決定，它是由單位時間內能引起光電效應的光子數決定的群體效應.

二、兩個圖象

為了描寫光電效應及其規律，我們注重了兩條主線，即光的頻率線與光的強度線，同樣的道理我們將這兩條主線也可以用與此對應的兩個圖象進行直觀描述.

1．光電子的最大初動能隨光的頻率變化而變化的圖象

根據EK=hγ-W=hγ-hγ0，可以作出如圖1所示的圖象.由圖象可知：

①當EK=0時，γ=γ0，即圖象中橫坐標的截距，在數值上等于金屬的極限頻率，即γ≥γ0時能發生光電效應，否則不能.

②圖象的形狀是一條直線，直線的斜率在數值上等于普適常數h.

顯然，對于不同的金屬所發生的光電效應，其光電子的最大初動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，我們可以根據圖象直接求出對應的光頻率的最大初動能.

③假設圖象的延長線與EK軸的截距為W，則有W=hγ0，即圖象中縱坐標軸的截距在數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電的單位時間的光電子數成正比.在實驗過程中，光電流的變化規律可用圖線3表示.

①當滑動片P由a向b移動時，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，參與導電的光電子數增加，于是光電流增加.但當P移動到某一位置時，所有的光電子都參與了導電，此時光電流達到最大值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，如果光電流未達到飽和光電流，光電流將隨正向電壓的增大而趨向某一定值，當達到飽和電流I0后，光電流不再隨正向電壓的變化而變化.

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1008-0333(2016)34-0063-01