光電效應的5個基本實驗現象?預備知識：光強可表示為單位時間内單位面積上的光子數乘以每個光子的能量.，我來為大家科普一下關于光電效應的5個基本實驗現象?下面希望有你要的答案，我們一起來看看吧!

光電效應的5個基本實驗現象

預備知識：

光強可表示為單位時間内單位面積上的光子數乘以每個光子的能量.

即用I表示光學中的光強，ν表示光的頻率，S為照射區域面積，N為時間間隔t内照到A上的光子總數，則I=Nhν/St.

(1)在保持入射光頻率不變的條件下,光強I增加1倍,意味着單位時間内入射的單位面積的光子數也增加1倍,結果飽和光電流将增加1倍,截止電壓不變。

(2)在保持入射光強度(光子數)不變的條件下,入射光頻率增加1倍,每個光子的能量增加1倍,電子獲得的初動能增大,結果截止電壓相應增加hν/e,因為單位時間内入射的光子數不變,則飽和光電流不變.

光的強度越大，亮度也越大，亮度與強度成正比，當知道一個物體表面的反射系數及其表面的照度時，便可推算出它的亮度，從光的本性來講，把光看成電磁波場，光場中某點的光強指的是通過該點的平均能流密度。

1.光電效應現象

（1）演示：如圖17-2-1所示，用紫外線燈照射鋅闆，與鋅闆相連的驗電器就帶正電，這說明鋅闆在光的照射下發射了電子.

☞太陽能電池發電(光伏發電)的原理主要是半導體的光電效應，即利用光電材料受光射照射後發生光電效應，實現能量轉換。

能産生光電效應的材料有許多種，如單晶矽、多晶矽、非晶矽、砷化镓、硒铟銅等半導體材料。矽基太陽能電池的主要材料為矽，矽原子含有14個電子，排列在三個不同的核外電子層中，距離原子核的頭兩個電子層完全填滿，最外層電子處于半滿狀态，隻有4個電子。矽原子始終會想方設法填滿最外面的電子層（8個電子）以達到穩定狀态，它會與相鄰矽原子的四個電子共享自身的電子，形成晶體結構。向純淨矽晶體中摻入特定雜質可以改變其特性。當摻入硼時，硼原子核最外層隻有3個電子，摻雜到矽晶體就存在許多空穴，這個空穴因為沒有專用的價電子而變得不穩定，容易吸收電子而中和為中性粒子，這種半導體稱為P型半導體。當摻入磷原子時，磷原子有5個電子，就會有一個多餘的電子而變得非常活躍，這種半導體稱為型半導體。當外部不給半導體施加能量作用是，半導體中的電子充滿價電子帶，在導帶中不存在自由電子，半導體不顯示導電性。如果半導體獲得外部能量作用，如光照時期溫度上升，價電子帶的電子接到熱能而激發跳躍到導帶，自由電子的産生及價電子失去電子後産生空穴成為帶正電荷的自由粒子均有利于導電，半導體表現出導電性。半導體溫度越高，導電性能就越好。當P型和N型半導體結合在一起時，P型一側帶負電，N型一側帶正電，PN結兩側出現濃度差，産生電子漂移電流。光照不止，入射光子能量足夠，電子流不斷，電源也就不斷産生了。

（2）定義：在光的照射下金屬發射出電子的現象叫作光電效應.發射出來的電子稱為光電子.

2.光電效應實驗

（1）實驗裝置

①光電管：陰極K和陽極A是密封在真空玻璃管中的兩個電極，K在受到光照時能夠發射光電子，這個密封裝置叫作光電管.如圖所示，光電管的形狀可以是長方體也可以是球體，光電管接在電路中相當于一個光控開關.

②實驗電路：如圖所示，加在K與A之間的電壓大小光可以調節，電源正負極可以對調.當S₁閉合，S₂斷開時，陽極A接在電源正極，陰極K接在電源負極，在A和K兩極之間的空間産生由A指向K的電場，光電管陰極産生的光電子受到指向陽極A的靜電力作用而向陽極A加速運動，這時加在光電管上的電壓叫正向電壓；反之，當S₁斷開，S₂閉合時所加電壓為反向電壓，電子向陽極A做減速運動.當滑動變阻器的滑片向右滑動時加在光電管兩端的電壓（不管是正向電壓還是反向電壓）增大，向左滑動時電壓減小.

（2）光電流

有光電子從陰極K射出并能夠運動到陽極A時，電流表指針會偏轉，光電管中會形成電流，這個電流就叫光電流、電流表的示數就是光電流的大小.

（3）實驗結論

①光電流存在飽和值：在入射光的強度與頻率不變的情況下，實驗的I-U曲線如圖所示.

由曲線可知，當正向電壓U增加到一定值時、光電流達到飽和值Im.這是因為此時單位時間内從陰極K射出的光電子全部到達陽極A被吸收.若單位時間内從陰極K上逸出的光電子數目為n，則飽和電流Im＝ne，式中e為電子電荷量.

②光電子具有初動能：由I-U曲線可知，當電壓U減小到零時，光電流并沒有減小至零，也就是電子仍然能夠自發地運動到陽極A，這就表明從陰極K逸出的光電子具有初動能.

③存在遏止電壓：由I-U曲線可知，當電壓變為反向電壓時，盡管有電場阻礙光電子向陽極A運動，但仍有部分光電子能到達陽極A，說明不同光電子從陰極K射出時的初動能并不相同.但是當反向電壓為Uc時，恰好能阻止所有的光電子飛到陽極A，使光電流減小到零，這個電壓叫遏止電壓.它使具有最大初速度的光電子也不能到達陽極A.如果不考慮測量誤差，那麼我們就能利用動能定理來确定光電子的最大初速度Vc和最大初動能，即meVc²/2＝eUc.

④存在截止頻率（又叫極限頻率）：在用相同頻率、不同強度的光去照射陰極K時，得到的I-U曲線如圖甲所示.它顯示出對于同頻率、不同強度的光，遏止電壓Uc是相同的.這說明同頻率、不同強度的光所産生的光電子的最大初動能是相同的.此外，用不同頻率的光去照射陰極K時，實驗結果是頻率越高，遏止電壓Uc越大，并且頻率與遏止電壓Uc呈線性關系，如圖乙所示.頻率低于的光，不論強度多大，都不能使陰極産生光電子，因此稱為陰極K的截止頻率.對于不同的材料，截止頻率不同，截止頻率是發生光電效應的入射光的最小頻率.

3.光電效應的實驗規律

（1）飽和電流和入射光的強度的關系

飽和電流Im的大小與入射光的強度成正比，也就是單位時間内逸出的光電子數目與入射光的強度成正比.

入射光的強度是指單位時間照射在金屬單位面積上的光子總能量.在人射光的頻率不變的情況下，入射光的強度與光子數成正比.人射光越強，包含的光子數越多，照射金屬時産生的光電子就多，因而飽和電流大.

（2）光電子的最大初動能與入射光的強度的關系

光電子的最大初動能（或遏止電壓）與入射光的強度無關，隻與入射光的頻率有關，頻率越高，光電子的最大初動能越大.

（3）光電效應的産生與入射光的頻率和光強的關系

①任何一種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能産生光電效應

②頻率低于νc的入射光，無論光的強度多大、照射時間多長，都不能使光電子逸出.

入射光強度→(決定着)發生光電效應時，單位時間内發射出來的光電子數.

入射光頻率→(決定着)是否産生光電效應及發生光電效應時光電子的最大初動能.

（4）光電效應具有瞬時性

光的照射和光電子的逸出幾乎是同時的，在測量精度範圍（≤10⁻⁹s）内觀察不出這兩者存在滞後現象，即光電效應幾乎是瞬時發生的.電子一次性吸收光子的全部能量，不需積累能量的時間.

☞與光電效應有關的五組概念對比

1、光子與光電子：光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時發射出來的電子，其本質是電子，光子是光電效應的因，光電子是果

2.光電子的動能與光電子的最大初動能：光照射到金屬表面時，電子吸收光子的全部能量，可能向各個方向運動，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩餘部分為光電子的初動能；隻有金屬表面的電子直接向外飛出時，隻需克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動能。光電子的初動能小于或等于光電子的最大初動能.

3.光電流與飽和光電流：金屬闆飛出的光電子到達陽極，回路中便産生光電流，随着所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關.

4.入射光強度與光子能量：入射光強度指單位時間内照射到金屬表面單位面積上的總能量.

5.光的強度與飽和光電流：飽和光電流與入射光強度成正比的規律是對頻率相同的光照射金屬産生光電效應而言的，對于不同頻率的光，由于每個光子的能量不同，飽和光電流與入射光強度之間沒有簡單的正比關系.

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