每個
大家好，已經完成考試或正在參加期末考試的人。 又到了聽艾嘉喋喋不休的高中物理的時間了。 本周，我們為大家帶來物理學史上的一個“小”發現——光電效應。
說起光電效應，大家一定會想到大名鼎鼎的愛因斯坦。 正是他提出了光量子的概念，并總結了光電效應方程，從而成功地解釋了光電效應現象。 然而，他并不是第一個發現光電效應的科學家。
1887年，德國物理學家海因里希·赫茲（沒錯，就是那個頻率單位）首次發現了光電效應，純屬偶然。
當時，他在一次證明光的波動論的實驗中偶然發現，當兩個鋅球中的一個受到紫外線照射時，球之間會閃爍出電火花。 然后就沒有了。 。 。 。 赫茲的大部分貢獻是對電磁波的貢獻。 光電效應的現象讓他很困惑，根本無法解釋，所以他只是認真記錄了實驗現象，發表了論文。 幾年后，他陷入了迷茫。
然而光電效應的發現引起了許多科學家的關注。 其中，赫茲的助手倫納德認為這是一個不尋常的發現。 他做了大量的實驗，總結了光電效應現象的一些規律。 然而，當他試圖用經典理論，即波動論來解釋這些規律時，卻總是自相矛盾，無法解釋。 結果小樂童鞋也一頭霧水。 和他的前輩一樣，他記錄并組織了這些總結性的規則。 1905年諾貝爾獎認可了肖樂的工作。
至此，大家對于光電效應其實已經非常熟悉了。 它只是一塊裸露的金屬板，不需要電力或電磁場的幫助。 它只有在受到某些光線照射時才能瞬間將電子飛出去，而在某些光線的照射下，即使被照射死，電子也無法飛出去。 每個人都了解實驗現象，但缺乏強有力的理論來解釋它。 這時候就輪到童鞋們愛因斯坦了！
在之前研究的基礎上，26歲的愛因斯坦采取了不同的方法。 普朗克提出能量量子假說后，大膽地將這一假說應用到輻射和吸收過程中，從而提出了全新的光量子假說。 ，解釋了光電效應現象！
1905年，愛因斯坦發表了論文《關于光的產生和變換的指導性觀點》，成功地解釋了光電效應并確定了其定律。
所以，天才就是天才。 這樣前所未有的想法，簡直讓人嘆為觀止！
那么光電效應的現象、原理和規律是什么呢？ 讓艾嘉為您一一講解。
什么是光電效應？
當光束照射到金屬板上時，電子會逸出。 這種現象稱為光電效應，逃逸出的電子稱為光電子（注意：這東西不是光子）。
電子為什么會逃逸？
當一束光照射在金屬板上時，相當于一串能量球落在金屬板上。 金屬板中的自由電子原本被原子核束縛著，每天過著枯燥而艱苦的生活。 當他們得到了這種能量，就意味著他們的能力變得更強了，翅膀也變得更強了。 如果是你，你還能坐得住嗎？ 世界那么大，每個人都想出去看看。 于是這些電子帶著吸收的能量，打算逃離原子核的束縛。 然而，每個電子只能吸收一個光子，這是一個能量球，吸收的能量是有限的。 那么，你想要逃走，就沒那么容易了。 就看你吸收的能量是否大到足以掙脫原子核的束縛。 因此，當某些頻率的光照射到金屬板上時，電子會逸出，而有些光則不會對其發生反應。 原因是不同的光具有不同的光子能量。
愛因斯坦假設每個光子攜帶的能量為ε = hυ，其中ε是光子攜帶的能量，h是普朗克常數，υ（讀作miu）是光的頻率。 因此，光的頻率越高，能量越大。 假設當金屬板被紫光照射時有電子逸出，那么當紅光照射時則沒有電子逸出。
愛因斯坦的光電效應方程是什么？
這就是著名的光電效應方程。
方程中，愛因斯坦認為電子吸收的能量hυ一部分用于克服原子核的約束，其余的是電子逃離金屬板表面時留下的動能，這個動能也稱為電子的最大能量。 初始動能。
正如艾嘉之前所說，電子獲得一定的能量，想要逃離原子核的束縛。 如果能量足夠大，它們就可以逃脫。 如果能量不夠，他們就無法逃脫。 因此，如果這個能量恰好足以使電子從金屬板中逸出，也就是說，當電子到達金屬板表面時，動能為0，就好像你耗盡了所有的能量一樣。努力，終于即將跨過門檻，但你已經耗盡了精力。 ，你只能凄慘地停在門口，無法再前進。 這時，你所吸收的huυ全部耗盡光電效應有哪些規律，這個能量的大小就是所謂的功函數W0。 這種狀態下的光的頻率稱為金屬板的極限頻率。 當最大初始動能為0時，hυ正好等于功函數W0。 如果金屬板的材料不同，原子核與電子的結合程度就會不同，功函數也會相應變化。
這是光電效應的一個重要檢驗點。 孩子們必須了解功函數的算法。
由此可見，光電子的最大初始動能與光照頻率直接相關。 對于相同的金屬板，功函數相同，因此光的頻率越大，光電子的初始動能越大。 ，與光強無關。
光電效應的規律是什么？
首先我們看下圖，這是探索光電效應規律的電路圖。
圖中，當一束光照射到金屬板K上時，電子逸出。 前人將K板稱為陰極，而A板用于接收電子光電效應有哪些規律，稱為陽極。 請注意區分。 。 小朋友們，請仔細觀察圖片。 我們假設一開始開關S是關斷的，那么檢流計A中就會流過非常非常小的電流，這個電流就是光電流。 那么為什么光電流這么弱呢？ 因為雖然電子逃逸并具有一定的初始動能，但能否到達A板仍然是一個問題。 我們假設有一些光電子能夠克服重重困難到達A板，這時候因為光電子的數量太少，環路中的電流會非常非常小，實驗現象并不明顯。
如果它不明顯，它仍然有點神秘，所以我們關閉 S。注意！ 電源正負極的方向，如上圖所示，光電流的方向是從A到K，電源E提供的電流方向也是從A到K。因此，這個電壓是為了加速光電子的運動，促使其在單位時間內達到A。 板上的光電子數量增加，從而增加光電流，使實驗現象更加明顯。 這個電壓稱為正向電壓，其作用是放大實驗現象。
這時，我們想象一下，假設光頻率和光強度不變，單位時間可以有10個光電子從K板逃逸，在正向電壓的作用下，單位時間可以有10個光電子到達A板。 有5個光電子，有5個是無法到達的。 這時我們增加正向電壓。 利用靜電場的知識，我們可以簡單判斷，光電子所受的電場力增大，加速度增大，平均速度增大，因此單位時間內到達A板的光電子數量增多。 比如有8個，當我們繼續提高正向電壓時，單位時間內能到達A板的光電子最大數量為10個，因為總共有10個逃逸了，不能再多了。 這時候，調皮的孩子們，趕緊回憶一下，電流的定義是什么？ 單位時間內通過導線橫截面積的電荷量。 這也意味著光電流不能無限制地增加。 它有一個上限。 當單位時間內逃逸的10個光電子全部到達A板時，就是所謂的光電流上限，這個上限稱為飽和光電流。
光電流會隨著正向電壓的增加而增加，但不會永遠增加。 當達到最大值時，即使增加正向電壓，電流也不會改變。
那么飽和光電流與什么有關系呢？ 當然，這與光線的強度有關。 光線越強，光子數量越多，單位時間內逸出的光電子就越多。
（我看不懂分割線）
好的！ 至此，不知道大家的腦容量夠不夠。 如果沒有，建議休息5分鐘后再繼續。
所以我們對上面的光電子施加的是正向電壓。 當然，我們也可以給光電子施加一個反向電壓，即將E的正負極顛倒過來，此時施加的電壓就是阻礙光電子的運動。 因此，當你施加恰到好處的電壓英語作文，使光電子到達 A 板時的速度為 0 時，你就會成功。 而這個恰到好處的反向電壓就是我們所說的耐壓電壓。
接下來，稍微用一下動能定理，你就會發現，包容電壓的大小可以根據最大初始動能計算出來。 列公式如下：
這就是制動電壓的解決方案。 熊孩子們，請記住這一點。 同時你一定發現了，阻斷電壓與初始動能有關，而初始動能又與照射頻率有關。 因此，阻斷電壓的大小還與照射頻率有關！
說了這么多，是時候總結一下了。 光電效應實際上只有幾個定律，如下：
① 當入射光的頻率一定時，
飽和光電流的大小與入射光的強度成正比，即單位時間內擊出的光電子數與入射光的強度成正比。
② 光電子最大初始動能
無論入射光的強度如何，
它僅取決于入射光的頻率。
頻率越高，光電子的能量越大。
③ 頻率低于入射光的光，
無論光線的強度或曝光時間的長短，
沒有一個發射光電子。
④ 光照射和光電子釋放
幾乎同時，
一般不超過10-9秒。
那么愛因斯坦對光電效應給出了什么解釋呢？ 詳情如下：
① 愛因斯坦方程表明，
光電子初動能 Ek
與入射光的頻率線性相關，
與光照強度無關。
僅當hν>W0時，
只有這樣光電子才會逸出，
hν=W0時的頻率為其截止頻率。
② 電子一下子吸收了光子的全部能量，
不需要時間去積累能量，
光電流幾乎是瞬時自然發生的。
③ 對于相同顏色（相同頻率）的光，
當光更強時，它包含更多的光子。
照射金屬時會產生許多光電子，
因此，飽和電流較大。
至此，光電效應被愛因斯坦完美地解釋了。 以下圖片艾嘉不做解釋，調皮的孩子可以根據已經講過的內容自行理解。
圖1 初始動能與光頻率的關系
圖2 光照頻率一定時光電效應IU圖
Uc 是阻斷電壓
圖3 光強一定時光電效應的IU圖
Uc 是阻斷電壓
好的！ 本周的內容到這里就結束了。 每當我給頑皮的孩子們教物理時，艾嘉都會一遍又一遍地崇拜那些物理大師。 他們的想法跨越了幾個時代，許多事情都是假設的，直到很多年后才被實驗證明。 光電效應方程于1915年被密立根實驗證實！
偉大的愛因斯坦一生提出了許多有趣的想法。 他一生唯一獲得的諾貝爾獎是1921年，因他對光電效應的解釋和光電效應方程的制定。
在此，讓我們再次向這位偉大的科學家致以崇高的敬意。
附有愛因斯坦當年論文的副本。
上周的問題你答對了嗎？ 答案如下：
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下周見！
如果你覺得物理特別難，