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姚铎俟教育

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光电效应实验规律中为什么存在饱和电流现象?  

2014-02-28 17:26:02|  分类: 教学科研 |  标签: |举报 |字号 订阅

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        同仁博友张前军老师在《为什么光电效应中增大电压不能增大饱和光电流》日志,很巧妙地回答了学生关于饱和电流之疑问,抓住了学生疑问之要害,紧扣学生疑问要害,寻找了“最佳”释疑策略,对张老师的教学功底由衷的表示钦佩。

       但是,我自己则又提出一个更本质的问题——光电效应实验规律中为什么会存在饱和电流现象?只有回答了这个问题,才能从本质上解释饱和电流现象,也加深了相关知识点的深入理解。本博文试图回答自己提出的问题,希望与张老师及同仁探讨交流。

       我把自己这个问题进行拆分,变成循序渐进地一个问题,并逐一推进解释。

       1、什么是饱和电流?

        能够发生光电效应的情况下,当所加正向电压增大时,电流会增大;但是正向电压增加与电流增加并不成正比关系,而是比例系数将减小,直至为零——即当正向电压达到一定值后,电流不在增加,此时的电流称为饱和电流。

       2、光电流的大小最终由阳极板,还是有阴极板决定?

       大家都知道,光电子从阴极板打出,于是“想当然”地认为光电流的大小由阴极板发出的光电子决定。实质不然,光电流的大小由阳极板接受到光电子决定,如果光电子不能到达阳极板,即使阴极板打出再多电子,光电流也为零。

       3、阴极板打出来的光电子全部能够到达阳极板吗?为什么?

        上述2实际上揭示这个答案,阴极板打出来的电子并不是全部到达阳极板。为什么不会呢?这个很好理解,光电子出来,未必就直奔阳极去,而是朝各个方向离开阴极板,甚至有些光电子沿着阴极板表面附近飞了出去。

       4、增加正向电压,光电流为什么会增加?

        师生极容易认为正向电压增大了,光电子速度增加了,单位时间内到达阳极板的电子数目增加了。我认为,这是一个认识误区!正向电压增大,光电流之所以增大,是因为本来未能达到阳极板的光电子被“强电压”强制性的拉回来了。正向电压越大,被来回来的光电子就越多,甚至沿阴极板飞行的电子都被拉了过去。

      5、形成饱和电流本质条件是什么?

      当阴极板发出的所有电子,毫不留情地被阳极板全部拉过去后,就形成了饱和电流。

       6、饱和电流的大小由阴极板,还是阳极板决定?

       师生可能认为,当正向电压增大,光电流增大,于是又一次“想当然”地认为饱和电流的大小由阳极板决定,实质不然,饱和电流的大小由阴极板决定,确切地说,由阴极板单位时间内的发出的光电子数目决定。

      由这六个问题逐一回答,大概从本质上圆满地回答了开篇提出的问题。

      这里在补充“电流”的深入知识。

      电流的大小由什么来决定?

      把电流比喻为水流,这是一个非常恰当地比喻。那么在恒定电路中,导线就是水管,水管的流量有什么来决定?一般地,当水管充满了水,水流流量由水源决定,与水管大小无关。单位时间有多少水从水源出来,就有多少水通过水管的任何一个横截面,即单位时间内通过水管任何横截面的流量相等。恒定电路中电流也是如此,这正是串联电路中电流处处相等的本质原因。

       值得教师玩味的是:很少学生能够从本质上理解“串联电路中电流处处相等”这一结论,但是这个结论却又极容易误导同学们理解光电效应中光电流问题。这是为什么呢?

      

      

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