AQA A-Level 物理/光电效应

关键定义

光电效应：当表面被高于一定阈值频率的电磁辐射照射时，从表面发射电子的现象（通常在紫外线范围内）。

阈值频率：电磁辐射的最低频率，使得它携带足够的能量来从表面剥离（或移除）电子。

功函数 ( $\phi$ )：从表面移除电子所需做的最小功。

截止电压 ( $V_{s}$ )：停止速度最快的光电子的外加电势差。

在爱因斯坦的光子模型中，电磁（EM）辐射由称为光子的能量包组成。当表面（通常是金属）被EM辐射照射时，每个光子与表面上的每个电子都有一对一的相互作用。

假设光子的目标是从表面移除电子。它需要多少能量呢？

回到我们的定义，这种能量称为功函数。因此，为了完成其目标，光子必须具有与材料的功函数相同的能量。

一开始可能不太明显，但这与阈值频率通过方程 $E=hf$ 完美地联系在一起，其中 $h=6.63\times 10^{-34}$ 称为普朗克常数。

因此，光子具有的能量（在本例中为功函数）具有相应的频率，在本例中称为阈值频率。

为了从表面释放电子，光子必须具有能量 $hf=\phi$ 。

考虑光子不仅要从表面释放电子，还要赋予它一定的速度 $v$ 远离表面的情况。

由于电子具有速度，因此它必须具有动能。因此，光子必须传递的总能量可以用以下方程来总结

光子能量 = 功函数 + 动能

或 $hf=\phi +E_{k(max)}$

材料的表面包含许多层电子。电子离表面层越远，从材料中移除它所需的能量就越大。这可以被认为是功函数的增加。

回到我们的方程 $E_{k}=hf-\phi$ ，我们可以看到，增加 $\phi$ 会降低我们的动能。

因此，电子的最大动能 $K_{e(max)}$ 发生在电子位于表面的最顶层时。