光电流与光强关系的探讨VIP免费

第29卷第3期吉林化工学院学报Vol．29No．32012年3月JOURNALOFJILININSTITUTEOFCHEMICALTECHNOLOGYMar．2011收稿日期:2012-02-13基金项目:全国大学生创新项目(101020131)作者简介:王莹(1989-)，女，北华大学硕士研究生，主要从事物理方面的学习及研究．文章编号:1007-2853(2012)03-0074-03光电流与光强关系的探讨王莹，陈传国，王美玲，王峰(北华大学物理学院，吉林吉林132013)摘要:从光电子间的电磁相互作用产生的影响和光电子间非接触型弹性碰撞产生的影响两个方面诠释了光电流与光强的关系．关键词:光电子分布;电磁相互作用;弹性碰撞中图分类号:O436．4文献标志码:A做光电效应实验时，常常产生这样的疑问:保持入射光的频率不变，为什么是饱和光电流与光强成正比而不是光电流与光强成正比．一些参考文献仅诠释了饱和光电流与光强的关系而未对光电流与光强的关系进行解释．因此，有必要对这个问题进行探讨．由于光电管是非理想器件，不仅有阴极光电流，还存在阳极光电流和暗电流［1-2］．光电效应中的光电流是指阴极光电流．暗电流很小，可测量，可消除对阴极光电流的影响［3-4］．阳极饱和光电流不到阴极饱和光电流的百分之一，可忽略其影响［5］．下面对影响光电流与光强之间关系的内因进行探讨．1光电子间的电磁相互作用产生的影响1．1光电子分布的特点阴极在各个方向发射光电子的几率是相等的，但出射的光电子的初速度不同，初速度较大的光电子数目较少．因此，光电子在两极间分布可用图1中(a)图来表示，其中用灰度的大小表示光电子密度的大小，A为阳极，K为阴极．大量光电子分布的特点:1)在入射光的频率、光强以及阴阳两极的电压不变时，光电子的密度分布是稳定的;在入射光的频率和两极电压不变而只改变光强时，光电子的空间分布形式不变而密度不同．2)在水平方向上，从阳极A到阴极K光电子的密度逐渐增大，但在竖直方向上光电子的密度分布关于水平轴对称．3)在入射光的频率和光强不变时，电压u从负电压向足够大的正电压的渐变过程，是光电子密度在水平方向上从不均匀分布趋向均匀分布的渐变过程．图1光电子的等效分布1．2光电子分布的等效简化模型根据光电子的分布特点，简化分析过程，将水平对称轴上下两个部分的光电子用两个电量相等的带负电的点电荷Q1和Q'1来等效代替，形成光电子分布的等效简化模型．借助模型，分析单个光电子受到其他光电子对它产生的影响．在入射光的频率和光强保持不变的条件下，当电压u减小时，阴极发射的光电子被减速，那么在单位时间内从阴极到达阳极的光电子数目较少，靠近阴极区域的光电子密度增大，远离阴极而靠近阳极区域的光电子密度减小．若用点电荷Q和Q'1来等效代替，Q和Q'1的位置为:水平居右，在竖直方向上分别居水平轴上下中部．光电子分布的等效简化模型如图1中(b)图所示．当电压u增大时，单位时间内，有较多的光电子能够从阴极到达阳极，那么靠近阳极区域的光电子密度相对有所增大，而靠近阴极区域的光电子密度相对有所减小．因此，Q1和Q'1向中心区域平移．光电子分布的等效简化模型如图1中(c)图所示．当电压u继续增大，单位时间内阴极发出的光电子几乎都能从阴极到达阳极，阴极光电流趋近于饱和光电流，在两极间光电子密度分布趋于均匀．因此，Q1和Q'1趋近于中心区域，光电子分布的等效简化模型如图1中(d)图所示．1．3等效点电荷对光电子所做的功以及光电子间的电磁相互作用产生的影响设Q1和Q'1的连线中点为O，点O到阴极的距离为r，点O到阳极的距离为R，且有R≥r．当阴极发射的某一光电子，向阳极运动过程中，在r段，Q1和Q'1对光电子做负功Wr;在R段，Q1和Q'1对光电子做正功WR，Q1和Q'1对光电子做的总功:W1=W1R－W1r≥0．当保持入射光的频率和光强不变，光电流未达到饱和时，电压u越小，R与r之差越大，等效电荷对光电子做的总功也越大;当入射光的频率和电压保持不变，增大光强，由光电子的分布特点(第1点)知:等效点电荷的位置不变而电量正比例增大，等效电荷对光电子做的总功也增大．因此，减小电压或增大入射光强，光电子间的电磁相互作用有利于形成相对较大的光电流．当电压u足够大，能使光电流趋近于饱和时，R≈r，则W1≈0，无论继续...