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        光強(qiáng)一定時(shí)飽和電流與入射光頻率關(guān)系探究

        2019-01-09 03:45:16喬思源
        時(shí)代農(nóng)機(jī) 2018年11期
        關(guān)鍵詞:入射光極板光子

        喬思源

        (鄭州市回民中學(xué),河南 鄭州 450000)

        對(duì)于光電效應(yīng)這部分內(nèi)容,高中知識(shí)體系并未作太多要求,以至于普通高中標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)上對(duì)這部分知識(shí)存在太多盲點(diǎn)和疑點(diǎn),但在一些高考題中會(huì)涉及到。比如說(shuō),一定光強(qiáng)下飽和電流與入射光頻率的關(guān)系。對(duì)于高中生來(lái)說(shuō),本身就沒(méi)有一個(gè)確切的認(rèn)知與標(biāo)準(zhǔn),再加上討論較少,并未得到統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。因此,在一定光強(qiáng)下,飽和電流與入射光頻率的關(guān)系是一個(gè)值得我們探討的問(wèn)題。

        1 前提條件

        普高標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)提到關(guān)于與飽和電流相關(guān)的變量:“在光照條件不變的情況下,隨著所加電壓增大,光電流趨于一個(gè)飽和值。也就是說(shuō),在電流較小時(shí)電流隨著電壓的增大而增大;但當(dāng)電流增大到一定值之后,即使電壓再增大,電流也不會(huì)增大了?!薄霸诠忸伾蛔兊那闆r下,入射光越強(qiáng),飽和電流越大。這表明對(duì)于一定顏色的光,入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多?!本C上所述,與飽和電流有關(guān)的變量有:光強(qiáng)、電壓(正向)、光頻率(顏色)。飽和電流代表的是在某一情況下能產(chǎn)生的最大且穩(wěn)定存在的電流,而加正向電壓是為保證每一個(gè)被光子“活化”的電子可以參與到電流中。因此,我們要看飽和電流,就要給予各組實(shí)驗(yàn)最恰當(dāng)?shù)碾妷海蛊洚a(chǎn)生飽和電流,并保證光強(qiáng)不變。因此,討論的前提是要同時(shí)滿足“光強(qiáng)不變”和“給予最恰當(dāng)?shù)碾妷骸眱蓚€(gè)條件。

        2 對(duì)光強(qiáng)一定時(shí)飽和電流與入射光頻率關(guān)系的推導(dǎo)與猜想

        中學(xué)階段提到電流的定義式:I=Q/t,這個(gè)公式是一個(gè)“用全過(guò)程求瞬時(shí)狀態(tài)”的方式,但是前提我們已經(jīng)限制過(guò)光強(qiáng)不變。光強(qiáng)這個(gè)物理量本身就帶有瞬時(shí)性。(P=Nhv/A,A為有效面積,v為光的頻率),所以如果整體以I=Q/t為基礎(chǔ)進(jìn)行推演較為復(fù)雜。

        因此,從第二個(gè)角度出發(fā)I=ne(n為單位時(shí)間內(nèi)從極板飛出電子個(gè)數(shù))n可以代表瞬時(shí)性,與P的瞬時(shí)性相對(duì)應(yīng),可以簡(jiǎn)化推導(dǎo)過(guò)程。

        用e代表電荷量,n代表單位時(shí)間內(nèi)從極板飛出的電子個(gè)數(shù),A為有效極板面積,N為單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)極板的光子個(gè)數(shù),v為光的頻率,I為飽和電流。

        N決定n,但極板材料不同,相同個(gè)數(shù)光子打出電子個(gè)數(shù)的變化難以確定。并且即使極板材料相同,光強(qiáng)一定時(shí),v不同,光子個(gè)數(shù)與能量都不同,那么能打出電子個(gè)數(shù)的變化情況也難以確定,因此這里存在“光子在不同情況下打出電子的效率”問(wèn)題,用x來(lái)代表效率:

        分析(5),顯然可以得到在P、A、e不變的情況下,x與v同時(shí)決定I,但x的具體變化情況很難確定。

        3 結(jié)語(yǔ)

        光強(qiáng)一定且給予恰當(dāng)電壓時(shí),飽和電流與入射光頻率的確存在關(guān)系,但具體關(guān)系由效率與光的頻率共同決定,且效率在具體分析中很難估測(cè)它的變化,也不易限制。所以,要得到飽和電流與入射光頻率的具體關(guān)系,仍需要通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探究不同情況下效率的變化規(guī)律。

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