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聲/波動 標題:請問光電效應中,光強度的問題
1:yarraman榮譽點數8點(研究所)張貼:2013-09-02 23:19:55:,本留言獲[]給賞金共 2 點

問題:
兩束強度相同頻率不同的光,入射到同一金屬表面上,若均能產生光電效應,則在單位時間內從金屬表面逸出的光電子數為:
A、相同     B、頻率小的多     C、頻率大的多



------------請閱讀以上,底下是我的問題!-------------------


若從光的強度是「每秒單位面積的光子數」來看,答案是A

光的強度是「每秒單位面積的能量」來看,因為總能量(nhf)相同,但頻率小的,單一光子能量低,則光子數n較多,所以答案為B 

所以,光的強度定義,是否只有「每秒單位面積的能量」一種?

所以答案應為 B 才對??謝謝大家解答我的疑問。





[ 這篇文章被編輯過: yarraman 在 2013-09-02 23:22:09 ]
2:Valkyrie榮譽點數182點 (大學物理系)張貼:2013-09-03 00:31:48: [回應上一篇]
我也覺得是B, 理由和你一樣,

光強度是用功率/面積去定義的,
我沒看過用光子數目來定義

3:yarraman榮譽點數8點(研究所)張貼:2013-09-03 14:35:38: [回應上一篇] ,本留言獲[]給賞金共 2 點

在大考中心公布的:99課綱指考物理參考試卷中,非選擇題的最後一題:(參見
101.09.2899課綱(102年施測)學科能力測驗暨指定科目考試各考科參考試卷公告 [學科能力測驗]  [指定科目考試]
,最後一頁最後一題)

已知在光電效應實驗中,若光的頻率低於截止頻率,則無論光的強度為何都無法產生光電流。
一般認為光的粒子說可以成功的解釋這個現象,而光的波動說則否。
試比較光的粒子說與波動說在解釋前述現象的優缺點。

大考中心給的答案:(參見上面大考中心給的答案,最後一頁最後一題) 

粒子說:光電子是金屬內的電子個別吸收一個光子,脫離金屬表面而產生,光電子形成光電流。
由於光子的能量與其頻率成正比,所以光的頻率低於截止頻率時,個別光子能量不足以產生光電子。 
「光的強度愈大僅表示單位時間內通過單位截面積的光子數愈多」,而個別光子能量依舊不足,所以無論
光的強度多大都不能產生光電流。 

波動說:光的能量與頻率無關,光的頻率應該不影響光電流是否會產生。
光的強度愈大,表示光波的電場強度愈大。只要光的強度夠大,且照射的時間夠長就會有光電流產生。
綜上所述,粒子說能解釋光電效應中入射光的頻率必須大於截止頻率,才能產生光電流;
並能解釋遏止電位與光強度無關的實驗結果。然而,波動說無法解釋前述現象。 
======================================================= 
以上容易沒有特別強調「頻率固定時」,容易讓人誤認光強度就是每秒單位面積的光子數。
然而,光電效應的眾多題目中,把光強度當做光子數來解題,卻幾乎都對,所以我才猜想是否光電效應中,光強度是定義為每秒的粒子數??? 

再舉個粒子:
在光電效應中,照射的光愈強: 
(A)放出電子的動能愈大 (B)放出電子的時間愈短 (C)放出電子的波長愈短 
(D)放出電子的數目愈多 (E)有的情況下,不放出電子。 答案:DE 
出處:68夜大 
解析:(A)光愈強意味光子數目愈多,放出的光電子樹愈多 
 (B)放出光電子之時間與照射光強度無關 
 (C)參照(A),與波長無關
 (D)見(A)
 (E)若照射光的頻率低於能將光電子擊出的最低頻率(底限頻率),則不放出光電子 

 若題目沒給定「固定頻率」,而光強度為每秒的nhf,那強度大也有可能是f變大阿??
 ========================================================== 
再舉個粒子:
試想,均可產生光電效應的相同強度,不同頻率光入射,則電流與加速電壓的關係圖應為何? 
(請您先想好您的答案,晚點貼上參考書上寫的,是建弘出版社,物理進階叢書,吳文政老師所寫的)


[ 這篇文章被編輯過: yarraman 在 2013-09-03 14:42:49 ]
4:Valkyrie榮譽點數182點 (大學物理系)張貼:2013-09-03 15:17:36: [回應上一篇]
你給的最後一題, 我的看法是:

頻率和光電壓是正相關
和光電流是負相關

給點資料作參考:
http://chemistry.about.com/od/electronicstructure/a/photoelectric-effect.htm
The rate at which photoelectrons are ejected is directly proportional to
the intensity of the incident light, for a given frequency of incident
radiation and metal
.

http://en.wikipedia.org/wiki/Photoelectric_effect
For a given metal and frequency of incident radiation, the rate at which
photoelectrons are ejected is directly proportional to the intensity of
the incident light. Increase in intensity of incident beam (keeping the
frequency fixed)
increases the magnitude of the photoelectric current,
though stopping voltage remains the same.

以上兩段文字都有關到光電流強度和入射光強度的關係, 但也有提到keep the frequency fixed, 我覺得是你貼的題目問得不嚴謹, 而不是光強度有其他定義



5:yarraman榮譽點數8點(研究所)張貼:2013-09-03 22:34:39: [回應上一篇] ,本留言獲[]給賞金共 1 點
感謝回答討論!所以說,同強度,不同頻率光入射的光電流與加速電壓的關係

下面這張圖右邊給的飽和光電流大小是錯誤的囉?因為同強度下,光子數不會一樣。


這是明道大學 數位學習平台的上課講義 光電工程概論Ch6 。

講義中,可以直接拉到第11頁,愛因斯坦對光電效應的解釋(I)

第三點:光的強度代表每單位時間通過單位截面積的光子數。

那,請問這是被作者誤用??還是愛因斯坦的想法??還是粒子說的看法呢??

我好亂阿.......  @@~

6:Valkyrie榮譽點數182點 (大學物理系)張貼:2013-09-03 23:40:33: [回應上一篇] ,本留言獲[]給賞金共 1 點

我查了高中和大學兩本物理書, 都有這問題, 害我也想問了,

我在另一個物理網找到一個圖, 沒這問題:
http://phy204gs2011.blogspot.hk/2011/01/photoelectric-effect.html
印度理工學院坎普爾分校
課程Quantum Physics



較低頻率但光強度相同的紅線, 和藍線比較, 紅線的光電流也比較小,
支持光強度正比於nhf/t的結果

另外這個:
http://www.colorado.edu/physics/phys2130/phys2130_sp12/
科羅拉多大學博爾德分校
Modern Physics, Lecture 15, 最後幾頁有用到的教材:
http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric

運行這個java程式, set fixed intensity,
再拉動frequency bar, 拉到去UV那邊可令Current最大,
向Ir拉的話Current顯示會變小, 支持你(和我)的看法



但我也找到很多教材用和你提供的圖片相同的圖樣
支持我們的觀點的教材好像比較少, 但也確實存在
(像我上面提供的兩個例子, 都是大學教材)

就合理性來講光強度的定義應該只有一個
用光子數來定義似乎有點怪



[ 這篇文章被編輯過: Valkyrie 在 2013-09-03 23:44:58 ]
7:yarraman榮譽點數8點(研究所)張貼:2013-09-04 11:02:39: [回應上一篇]
感謝Valkyrie熱心回答討論,針對您的回答,以下是我的想法與問題。

1. 關於上面的電流與電壓圖,紅色與綠色應該是拿來跟藍色的曲線比嘛?
紅色與藍色同強度,但不同頻率(紅色頻率低,所以截止電壓小),可是每秒強度I=nhf,
f小,n應該大,光子數多,飽和電流大,所以飽和電流的那條水平線怎麼會比藍色的低呢?

綠色的線與藍色的線沒問題,同頻率,強度低的綠色線比藍色線飽和電流小。

2. 這個網頁無法用右鍵選取連結內容,建議使用超連結。也建議黃教授不要讓這個網頁的左鍵失效。

3. 關於光強度是粒子數或能量之爭,大陸那邊在1998∼2004年間有很多文章,但沒一個共識與結論,感覺是中學在光電效應的章節中,「強度」是想用來強調「粒子數」,「頻率」是「能量」的決定,所以造成許多參考書的解釋「誤用」?而造成「誤解」?

ps:請google 「光強度 光子數」 和 「入射光的强度究竟指什么」

4.其實我原有的想法是:
光強度在「一般情況」與「波動說」的範圍裡,指的是每秒單位面積的能量(這本來就是強度的定義)。
但在光電效應的「粒子說」裡,指的是每秒的粒子數,這是近代物理與古典物理的不同。
這才是我原有的理解。

只是遇到:相同強度,不同頻率的光,何者光子數多?這種問題,竟然網路上查詢出現兩種不同的答案,才出現疑問的!!連書本上的都有互相矛盾的地方,可見這裡的描述是有問題的,會有兩種不同想法的應該是不少人,包含老師、寫書作者、、等,而和我原有想法一樣的,似乎佔大多數呢!所以我才懷疑是我原有想法有問題嗎?

這一切的問題,都在於「光強度」的定義而來。

8:黃福坤(研究所)張貼:2013-09-04 11:25:03: [回應上一篇]
物理名詞的定義 應該一致

光強度 應該還是對應單位時間 單位面積 通過的能量

單位時間通過相同光子數 和 相同光強度 不應該混用


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9:yarraman榮譽點數8點(研究所)張貼:2013-09-04 11:30:21: [回應上一篇]
感謝黃教授的回應!我明白了!
這貼討論也可以留給其他有問題的同好參考!

10:Valkyrie榮譽點數182點 (大學物理系)張貼:2013-09-04 11:49:14: [回應第7篇] ,本留言獲[]給賞金共 1 點
1. 你對, 應該更高光電流才是,
所以那... 應該算是...第三種光強度不變下, 光電流大小和頻率的關係?

2. firefox和chrome支援右鍵連結開新分頁, 不是這網站的問題
我下次加超連結吧

3. 我用英文找也遇到同一問題

4. 常用的光強度相關的單位中沒一個是和光子數有關的,
像是
Radiant Intensity (W/sr)
Irradiance (W/m2)
Luminous Intensity (cd)
最後cd這個先不用理, 這有考慮人眼對不同頻率的光的敏感度

所以, 從光強度的不同單位可知,
沒人用光子數作光強度的標準, 沒有這樣的單位

而且考慮測定光子數(暫當作光強度)的實驗,
也只能用光電流去測光強度, 這樣定義好嗎?
光電流代表光強度, 怎確定光強度不變?
因為光電流不變, 那光電流為甚麼不變?
又回到光電效應, 說, 因為光子數不變,
這不是循環論證了? 除非有測光子數,
但不是用光電流的方法, 否則這定義配這解釋完全是循環論證

基於以上理由, 我不認為有以光子數來定義光強度,

很可能是書本畫錯, 你也看到不同大學的教材(上面貼的)
也對這問題有不同的答案, 而且這些答案是對立的, 不可能全都正確,
而從光強度的測定單位可看出, 沒有以光子數為測量標準的單位存在

以上是我的看法, 以下需要其他人的看法


[addsig]

Quote:

在 2013-09-04 11:25:03, 黃福坤 寫了:
物理名詞的定義 應該一致

光強度 應該還是對應單位時間 單位面積 通過的能量

單位時間通過相同光子數 和 相同光強度 不應該混用







那就是說, 是書本錯了? 因為我手上的書也有同樣問題,
在同光強度下, 不同頻率的光產生的飽和光電流畫在相同水平線上,

但根據光強度定義, 光強度I應正比於nhf/t,
n/t又正比於飽和光電流,

同光強度下, f越大, n越小, 光電流應越小, 而不是同水平

11:yarraman榮譽點數8點(研究所)張貼:2013-09-04 12:40:29: [回應上一篇]

1. 那個圖如果不是拿紅色與綠色來跟藍色比較,實在也不應該畫在同一個圖上吧!
應該分成兩個圖,同強度不同頻率、同頻率不同強度,不然這樣實在會令人誤解阿!

2.抱歉,因為我用chrome,左鍵不能選取範圍,自然開不了連結,經過黃教授提醒,我會選取範圍了。自己打網址進去結果找不到網頁,選取連結就可以進去了。

3.關於光電效應的java程式,我玩了半天,感覺跟光強度 I=nhf 這個觀念似乎也不太一樣耶!?
把intensity固定,入射光頻率也固定,拉大加速電壓,結果達最大的飽和電流。
可是再一次,把intensity固定,入射光頻率變大,拉大加速電壓,結果飽和電流竟然增加了。(光強度 I=nhf ,f 大,n 小,飽和電流不是應該變小?)

4.從單位來看,的確我也認為沒有強度定義為粒子數的定義。所以我才懷疑是否很多書都「誤用」了?

5. 對不起,我是高中物理老師,對於自己的學藝欠精先道歉一下。
因為我從高中學習到現在的認知都是這樣(光電效應粒子說中,光強度是每秒單位面積粒子數),而大學對於光電效應並沒有講到那麼詳細的地方,多一下子就帶過了,所以遇到學生問的問題解答跟我的觀念竟然有所衝突(教書八年了,第一次遇到這個衝突)仔細細想與查資料才發現有諸多矛盾;而詢問學生,他們高一的光電效應觀念認知裡,也多是「強度就是粒子數」,他們高一物理並不是我教的喔!

6.許多題目的說法和問法也都有問題了,譬如:
(1) 102學測試題,第32題 (試題內容
   這是參考書解答:
答案的解釋(D)應該解釋不對吧!?強度越大,有可能光子數大,也有可能頻率大,所以光電子動能「不一定」變大吧!?

另外,選項(B)也問的很奇怪!
(B)入射光子的能量由光強度決定,強度越大,頻率越高。
講入射光子應該就是一顆光子來說,既然是一顆光子,何來強度越大?n不就等於1嗎?所以一個光子能量=hf,能量正比頻率,與強度何關?沒有強度可言吧!?
這樣才能呼應(A) 的選項,(A)入射光子的能量由頻率決定。

(2) 這題是終極解碼出現的題目:(師大附中,戴仁欽老師編的)
答案是:DE
(D)光的強度越強,那頻率如果夠大,那光子數有可能會變小阿。
===============

我要哭哭了∼∼不知道該怎麼講這邊........




[ 這篇文章被編輯過: yarraman 在 2013-09-04 12:55:47 ]
12:Valkyrie榮譽點數182點 (大學物理系)張貼:2013-09-04 13:32:48: [回應上一篇]

3. 操作問題?

你試試在Option裡面選Show photons
Intensity調100% (或任意也可)
再調頻率 (即波長, UV頻率最高, Ir最低)

850nm時你應該看到光子量是這樣:


而100nm時是:



在這java中, 明顯越高頻, 光粒子越少,
即這教材用的是nhf/t的公式來模擬實驗結果

我認為這是模擬是合理的, 即你提供的教材題目似乎有問題
(畢業那些題目的答案不合公式也不合光強度定義)

模擬中可能還包括了其他現象

根據該java的教學指引
http://phet.colorado.edu/files/teachers-guide/photoelectric-guide.pdf

有提到他用的變量和很多書本的簡化版不同,
考慮了不同情況, 還有其中一點提到光強度固定下,
光子數和頻率成反比, 光電流會隨光子數減少而變少

(當然這還是簡化了不少東西)




補資料, 這段說明了一般教材說
"在固定光強度下, 光頻變動和光電流無關",
是一個簡化模型,  而本java預設使用的是反比模型:

In the default setting, since the intensity of light is proportional to the number of photons times the frequency, if you increase the frequency while holding the ntensity constant, the number of photons will decrease. Therefore, if you increase the frequency past the point where all photons are emitting electrons (see previous bullet), the number of emitted electrons (and therefore the current) will start to decrease. Note that this is different from the simplified model used by many textbooks, in which current is constant above
the threshold frequency. If you want to be able to change the frequency without changing the number of photons, select “Control photon number instead of intensity” in the Options menu. (出自上面連結的教學指引)

所以, 應該是一般教材的版本不太正確
(這個java就是科羅多拉大學物理系的Ron Lemaster教授寫的,
他的介紹:http://velopress.com/authors/ron-lemaster/)

我覺得這個說法比一般高中習作嚴謹,
而且作者也有解釋java的設定和很多教材在光電流和頻率的關係上的不同,
加上他是教授, 又說得合理, 我信他多於信上面的中文習作

但教學生這個時我覺得你還是得提一提,
考試時還是要答飽和光電流和頻率沒關, (即使明知這個不太對)
出卷員多半是跟坊間的物理書寫題目的啊~

(補了幾次資料, 弄得這回應有點長:D...)


[ 這篇文章被編輯過: Valkyrie 在 2013-09-04 13:39:54 ]
13:yarraman榮譽點數8點(研究所)張貼:2013-09-04 16:54:29: [回應上一篇] ,本留言獲[]給賞金共 1 點
這個程式會不會太神奇了!粒子數的問題我有看到你說顯示光子數。

但是強度固定,頻率變大,飽和電流也跟著變大??is it true?


14:Valkyrie榮譽點數182點 (大學物理系)張貼:2013-09-04 20:09:02: [回應上一篇]
這我就不知了,
不知道他用了甚麼公式, 不過顯然比nhf更複雜



15:yarraman榮譽點數8點(研究所)張貼:2013-09-05 16:12:57: [回應上一篇] ,本留言獲[]給賞金共 1 點
1. 在這個網頁 ,光電效應的討論中,有網友提到:

Tipler&Llewellyn的近代物理,光電效應那個部份(第四版的話是143頁)
如果頻率大於threshold frequency,不同的頻率真的造成不同的光電流

這裡呼應你寫出來的部分。但是科內老師看我在玩你分享的科羅拉多那個
程式,有關頻率會影響飽和電流的部份,他說沒看過這種說法,有點問題。

我找了Holiday和Benson的普通物理學,以及手邊的一本近代物理學,光電
效應裡沒談到頻率不同飽和電流不同,這裡有有待專家或教授解答了!

2. 光強度是能量還是粒子數,我問了一個退休老師回來兼課的,他給我的
回答是:高中這部份沒特別強調何謂光強度(譬如前提要先講:光強度=每
秒單位面積的能量),否則都「約定成俗」的使用光子數=每秒單位面積的
粒子數,大家都這樣用,這樣寫才可以。
目前為了大考解題的需求,我還是維持原來的說帖好了,避免學生觀念混淆。

16:Valkyrie榮譽點數182點 (大學物理系)張貼:2013-09-05 18:07:07: [回應上一篇]

1. 我手邊的書也沒提到,
但寫程式要寫出那效果的話一定是另外寫了判斷指令,
程式都是跟公式跑的, 那位教授有這樣寫應該是有理由,
我查了一下大學光學

2. 我找了幾份教材都有這問題, 包括大學程度的,
再不然就是nhf是錯的, 不信你看看:


Posted Image


Posted Image



Posted Image

我也分不清到底是教材錯了還是飽和電流對頻率的關係真的是這樣
(E=nhf又怎解釋?)

至於教學生方面肯定是維持原說法,
因為考試需要啊~



[addsig]
我在找Tipler&Llewellyn的書, 找到後把相關部分貼上來


[addsig]

Quote:

在 2013-09-05 16:12:57, yarraman 寫了:
Tipler&Llewellyn的近代物理,光電效應那個部份(第四版的話是143頁)
如果頻率大於threshold frequency,不同的頻率真的造成不同的光電流

這裡呼應你寫出來的部分。但是科內老師看我在玩你分享的科羅拉多那個
程式,有關頻率會影響飽和電流的部份,他說沒看過這種說法,有點問題。



Tipler&Llewellyn畫的和這個圖差不多


低頻的光, 連飽和光電流都會變少!!

這在科羅拉多那個程式中有提到一點,
就是功函數並非固定值,
內層的原子有更高的功函數,

同強度的光, 更高頻率的光子是比較少,
但是可打出更內層的電子,
所以光電流不一定比較少, 可能比較多

這可能和金屬的晶體結構也有關

科羅拉多的模擬程式還有不同金屬可選,
看光電流時也可看到有些光電子是比較慢的,

它的奇怪電流變化可能來自這原因

當然我沒法肯定地說, 因為不同教材在這部分都很簡短,
以上是我看過所有教材後想得出的一個合理解釋,
但我沒法找到金屬內層功函數的資料,
這點可能要直接寫信去問那位寫模擬的教授拿資料了

謝謝你這個主題, 獲益良多



[ 這篇文章被編輯過: Valkyrie 在 2013-09-05 18:08:00 ]
17:yarraman榮譽點數8點(研究所)張貼:2013-09-05 18:45:50: [回應上一篇]

您貼的第一個圖似乎把light和dim當做光粒子數的多寡,和目前所學的一樣!
第二、三個圖好像不是英文,看不太懂字母合起來的意義,似乎是德文?!
但是我還是搞不清處這兩個圖最後的飽和電流相同,它的意思是因為入射光「粒子數」一樣多,還是「光強度」一樣大。
第四個圖如果把入射光頻率會影響飽和電流大小因素納入,這樣解釋就合理了!
由第四個圖底下的解釋,入射光頻率高可以深入更內層電子,拉出更多的電子,這是可以理解的,所以高中目前是「完美的」、「簡單的」把一個光子撞擊出一個電子,進入的光子數當成撞擊出來的電子數而已。
而事實上撞擊出來的電子數是比光子數少的?這樣頻率高才有可能撞擊出更多電子?

打了很多問號,因為我非這方面專家,也許應該請台大物理系的高教授用他粒子物理的專業來解釋了!現在高一就要學光電效應等量子現象了!真慘∼
不知道關於這貼,黃教授的看法如何?

另外你說,粒子動能(速度)快慢可能會影響飽和電流,但是我是認為不會,因為既然達到飽和電流了,意思不就是每秒N顆電子出來,雖然跑的快,但是穩定(飽和後)後,每秒到達收集板的電子數N不也一樣多?
動能會影響電流大小應該是未達飽和電流前,同粒子數,頻率大的入射光比頻率小的光造成的「電流」大,因為動能大,逸失的少(不是每個出來的電子都會到達收集板),所以不是飽和電流大。

也感謝您諸多回應,讓我有了不同視野和更多大學書籍的資料佐證。
話說你的資料還真多阿。






[ 這篇文章被編輯過: yarraman 在 2013-09-05 18:56:06 ]
18:Valkyrie榮譽點數182點 (大學物理系)張貼:2013-09-05 23:44:19: [回應上一篇]
 






我不是指光電子的快慢對電流有影響,
而是想說, 有比較慢的光電子, 表示是功函數更高的內層打出來的,
這點在指引中有提到smiley

金屬表面可提供的光電子可能是有限的, 打出來後,
電子跑到對面, 然後回到金屬表面也是有一點時差的,
可能在某個時刻, 可打出來的表面光電子是比光子數少,
但如果加大光子的頻率, 就可連同內層的電子也打出來,
飽和光電流就可上升, 而隨光頻率上升, 光子數減少,
飽和光電流就會從最大值開始減少,

這是我從該模擬中得到的看法, 詳細呢...
我厚顏無恥地用破英文去問作者了, 不過他太久沒碰, 說忘了,
要找其他人代答, 然後把信轉了給另一個人, 那人還沒答,
目前的書信如下:

Dear Mr. Ron LeMaster,

Hello, I have some question about the
photoelectric effect simulation on this website you developed:
http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric

I
found that when I set the intensity be 100%, Voltage be 8V, selected sodium, the
saturation current was increasing then decreasing as I shortened the
wavelength from 500nm to 100nm. And the maximum point is around
200nm.

This result is different from most textbook I
checked.

Originally, I am confusing about that most
textbook said that the saturation current is constant when holding the light
intensity fixed no matter the frequency change. This description is
contradictory to the light intensity equation which said the light intensity is
proportional to nhf. And n is proportional to the
saturation
current. If f increase, n should decrease, so as the
saturation
current, it should not be constant.

The predictions of
saturation current by your java simulation, the textbooks and the light
intensity equation mess me up. Please tell me which one is true, thank you very
much.

回信:
Dear Mr. ---------,

 

Thank you for your note. I left the PhET project a number of years ago and
am, unfortunately, not able to address your concerns. I am forwarding your note
to someone who is in a better position to help you.

 

Best regards,

Ron LeMaster

剛剛忘了寫下款QAQ
問到的話我再來吧
(有需要翻譯的話另外說)

 

[ 這篇文章被編輯過: Valkyrie 在 2013-09-05 23:49:36 ]
19:Valkyrie榮譽點數182點 (大學物理系)張貼:2013-09-10 03:10:21: [回應第17篇]

Hi Mr. -------,

Thanks for your question. This is explained in the Tips for Teachers, available on our website:


http://phet.colorado.edu/files/teachers-guide/photoelectric-guide.pdf


Please see the third bullet point under "Important modeling notes / simplifications"

就是E=nhf是正確的
頻率增加的話, 飽和電流是應該越來越小,

但在某一範圍當頻率增加飽和電流也增加這點她好像沒答

我再把我的想法拿去問她了, 她也是設計這個JAVA的成員之一

Dear,

Thanks for your reply, but still have a problem.


The saturation current was increasing when I was shortening the wavelength from 500nm to 200nm as mentioned in the original mail. In this case, the frequency and the saturation current were both increasing.


Is it related to the first two bullet points of the "Important modeling notes / simplifications"?

When the photon energy is increased, more electrons with binding energy
higher than the work function can be kicked out from the metal plate
surface. This effect dominated the
saturation
current when the wavelength within 500nm to 200nm, even the photons
number was decreasing. And the decreasing number of photons dominated
the saturation current when the wavelength shorter than 200nm. Am I
right?



[ 這篇文章被編輯過: Valkyrie 在 2013-09-10 03:38:41 ]
20:Valkyrie榮譽點數182點 (大學物理系)張貼:2013-09-10 15:35:55: [回應第17篇] ,本留言獲[]給賞金共 1 點

Quote:

在 2013-09-05 18:45:50, yarraman 寫了:

您貼的第一個圖似乎把light和dim當做光粒子數的多寡,和目前所學的一樣!
第二、三個圖好像不是英文,看不太懂字母合起來的意義,似乎是德文?!
但是我還是搞不清處這兩個圖最後的飽和電流相同,它的意思是因為入射光「粒子數」一樣多,還是「光強度」一樣大。
第四個圖如果把入射光頻率會影響飽和電流大小因素納入,這樣解釋就合理了!
由第四個圖底下的解釋,入射光頻率高可以深入更內層電子,拉出更多的電子,這是可以理解的,所以高中目前是「完美的」、「簡單的」把一個光子撞擊出一個電子,進入的光子數當成撞擊出來的電子數而已。
而事實上撞擊出來的電子數是比光子數少的?這樣頻率高才有可能撞擊出更多電子?

打了很多問號,因為我非這方面專家,也許應該請台大物理系的高教授用他粒子物理的專業來解釋了!現在高一就要學光電效應等量子現象了!真慘∼
不知道關於這貼,黃教授的看法如何?

另外你說,粒子動能(速度)快慢可能會影響飽和電流,但是我是認為不會,因為既然達到飽和電流了,意思不就是每秒N顆電子出來,雖然跑的快,但是穩定(飽和後)後,每秒到達收集板的電子數N不也一樣多?
動能會影響電流大小應該是未達飽和電流前,同粒子數,頻率大的入射光比頻率小的光造成的「電流」大,因為動能大,逸失的少(不是每個出來的電子都會到達收集板),所以不是飽和電流大。

也感謝您諸多回應,讓我有了不同視野和更多大學書籍的資料佐證。
話說你的資料還真多阿。






[ 這篇文章被編輯過: yarraman 在 2013-09-05 18:56:06 ]



又是我, 對方回信了:
Yes, that is exactly it!

所以關於飽和電流和頻率的關係, 有兩個影響因素
1. E=nhf, 頻率越高光子數越少, 這在高頻率時主導了飽和光電流
2. 光頻越高能打出更高束縛能的電子令光電流增加, 電子的束縛能是連續的, 這在低頻時主導了飽和光電流


回信者是Sam McKagan, 是美國物理教師協會成員, 今年剛拿過協會的教學貢獻獎:
http://www.aapt.org/aboutaapt/SMcKagan_DSC_pr20120926.cfm

如果你想告訴學生比較正常的物理說法, 你在教學時也可用那個java模擬, 或者給他們自己玩, 玩到有問題再問你, 該java有中文版的
[addsig]
另外我發現我在找這問題時有很多人有提出過nhf的疑問,
但不論中英文的論壇多數回應者都堅持說光電流不變才是對的,
不過說不出理由, 只拿書作證硬背結果出來這現象很不好



21:yarraman榮譽點數8點(研究所)張貼:2013-09-10 16:01:27: [回應上一篇]
感謝Valkyrie迄而不捨的追查出「結果」,最近家裡有點忙,忙到忘了自己開的這貼討論。
光電效應我們沒有相關的「器材」可做實驗來驗證:頻率與飽和電流的關係,不知道真實結果如何?不知道 Sam Mckagan 是否有以實驗支持這樣的看法?若大學用書也有不同的寫法的話,只有從實驗結果來驗證了!

感謝Valkyrie 還特別用英文去詢問相關問題。

我也寫信給台大物理系的高教授詢問「強度」的問題,粒子物理學是高教授的專長,他已經明確回覆我:E=nhf,要強調強度大,粒子數多,必須在「固定頻率下」才可以這樣描述。

也就說許多書上都「誤用」強度=粒子數了。

22:Valkyrie榮譽點數182點 (大學物理系)張貼:2013-09-10 16:38:15: [回應上一篇]

Quote:

在 2013-09-10 16:01:27, yarraman 寫了:
感謝Valkyrie迄而不捨的追查出「結果」,最近家裡有點忙,忙到忘了自己開的這貼討論。
光電效應我們沒有相關的「器材」可做實驗來驗證:頻率與飽和電流的關係,不知道真實結果如何?不知道 Sam Mckagan 是否有以實驗支持這樣的看法?若大學用書也有不同的寫法的話,只有從實驗結果來驗證了!

感謝Valkyrie 還特別用英文去詢問相關問題。

我也寫信給台大物理系的高教授詢問「強度」的問題,粒子物理學是高教授的專長,他已經明確回覆我:E=nhf,要強調強度大,粒子數多,必須在「固定頻率下」才可以這樣描述。

也就說許多書上都「誤用」強度=粒子數了。




實驗就不太清楚了,
不過該java模擬是由5名教師/教授團體所寫的, 既然他們在模擬中有不同金屬的分別, 在調較電壓時右邊可顯示電壓對電流的圖, 那應該不太可能是憑空作出來的吧mixed 而且在那個教學指引中也說明了這個模擬和一般教科書的分別, 即他們是明知這樣而寫成這樣, 另外也說了這個模擬在某些方面, 像光照角度的影響是簡化了的, 即他們還有其他光電效應(像關於光照角度)的認知, 很可能也是有數據支持的, 只是他們沒寫在java中

而且這個解說和nhf符合, 也和化學中所學的連續束縛能相對應, 非常合理
不過我還是查了一下:
http://www.virginia.edu/ep/SurfaceScience/electron.html

Work Function f



The energy difference between the Fermi level and the vacuum level. For a metal, this
is the minimum energy required to eject an electron into vacuum (at T = 0 K), since the
electrons with the minimum binding energy are at the Fermi level.

這裡也表示最小的束縛能來自費米能級的電子, 這也是用來定義功函數的, 既然有最小束縛能, 即有束縛能是比較高的(這才有極小點), 這也能作為光電效應受連續束縛能影響的助證

當然有實驗最好, 我也沒儀器~

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