노란색 조명을 동일한 강도의 보라색 조명으로 교체

저자가 다른 사람의 논문을 참고할 수 있다고 말하기는 어렵습니다.

: "입사광의 강도는 단위 시간당 빛이 전파되는 방향을 따라 단위 단면적을 통과하는 에너지를 의미해야 합니다. 즉, I = nhν입니다. 여기서 n과 ν는 각각 단위 시간당 빛이 전파되는 방향을 따라 단위 단면적당 에너지는 단면적을 통과하는 광자의 수와 광자의 주파수는 n과 관련이 있을 뿐만 아니라 실제로 ν와도 관련이 있습니다. , 많은 중학교 물리학 실습자료에서는 이러한 견해를 가지고 있지만 우리는 이러한 견해에 동의할 수 없다. 입사광 세기의 개념을 정확하게 이해하는 것이 광전효과와 관련된 문제를 해결하는 열쇠이기 때문에, 이해의 차이가 문제 해결의 오류로 이어질 수밖에 없습니다.

예제 1 특정 금속에 노란색 빛을 비추면 전자가 탈출합니다. 노란색 빛을 같은 강도의 보라색 빛으로 바꾸면 탈출한 전자의 수와 초기 최대값은 어떻게 될까요? 광전자 변화의 운동에너지는?

위와 비슷한 질문은 고등학교 물리 시간에 흔히 볼 수 있다. 분명히, 그러한 질문에 답하기 위해서는 입사광 강도의 정확한 의미를 이해해야 합니다. 예 1을 분석할 때 Liu 선생님은 다음과 같이 썼습니다. "보라색 빛의 주파수가 노란색 빛의 주파수보다 크기 때문에 광전자의 최대 초기 운동 에너지는 더 커집니다. I=nhν로부터 우리는 보라색 빛의 n이 작다는 것을 알 수 있습니다. 그래서 보라색 빛을 조사할 때 빠져나오는 광전자의 수를 줄이려면 " 입사광의 강도를 I=nhν라고 생각하면 다음과 같은 모순이 있을 수 있다는 것을 알아냈습니다.

1. 실험 결과와 충돌

빛의 강도가 I=nhν이면 동일한 강도에서 고주파수 빛이 금속에 조사될 때 빠져나가는 광전자는 감소하면 광전자의 포화 전류는 작아지지만 실험 결과는 이와 같지 않습니다. 광전 효과의 실험 규칙을 연구할 때, 순방향 전압이 증가함에 따라 광전류가 초기에 증가하고, 최종적으로 포화 전류라고 불리는 포화 값에 접근한다는 것을 알 수 있습니다. 인가된 전압이 0으로 감소하면 광전류는 0이 아닙니다. 역전압을 가하면 광전류가 감소하며, 역전압이 U0일 때 광전류는 0으로 감소하며, U0를 차단전압이라 한다. 그림 1(a)는 광 주파수는 동일하지만 광 강도가 다른 광기전력 특성 곡선을 보여줍니다. 그림 1(b)는 광 강도는 동일하지만 광 주파수가 다른 광기전 암페어 특성 곡선을 보여줍니다. [1]

그림 1 그림 1(a)의 광기전력 특성곡선을 보면 입사광의 주파수가 동일할 때 입사광의 증가에 따라 빛의 포화전류가 증가하는 것을 알 수 있다. 빛의 강도. 그러나 그림 1(b)의 광기전력 특성 곡선은 주파수가 다른 두 가지 유형의 빛에 대해 입사광의 강도가 동일하면 포화 전류도 동일하다는 것을 알려줍니다. 금속을 비출 때 빠져나가는 광전자의 수는 동일하며, 고주파수 빛에서 빠져나가는 광전자의 수가 감소하는 상황은 없습니다.

2. 교과서 내용과 상충

빛의 세기가 I=nhν라면, 빛의 세기는 n뿐만 아니라 ν에도 연관됩니다. 반대로 광전자가 탈출한다. 의 운동에너지는 ν뿐만 아니라 I와도 관련이 있다. 그러나 우리는 많은 고등학교 물리학 교과서와 대학 물리학 교과서를 참고했지만 입사광의 강도가 입사광의 주파수와 관련이 있다는 설명을 본 적이 없으며 광전자의 운동 에너지가 다르다는 논의도 본 적이 없습니다. 입사광의 강도와 관련이 있습니다. 반대로, 우리는 입사광의 강도는 입사광의 주파수와 아무런 관련이 없고, 광전자의 운동 에너지는 입사광의 강도와 아무런 관련이 없다는 논의를 보았습니다.

"광양자 가설에 따르면 빛의 세기는 단위 시간에 따라 결정된다. 단위 면적을 수직으로 통과하는 광자의 개수가 많아질수록 빛의 세기는 커진다. 광자가 많을수록 더 많은 광전자가 생성되고, 빛의 주파수에 관계없이 포화 광전류가 커집니다. "[1] "단위 시간당 음극에서 탈출하는 전자의 수는 빛의 강도에 비례하며 관련이 없습니다. 광전자의 에너지는 광자의 주파수에 의해 결정됩니다. 광자의 주파수가 높을수록 광자의 에너지는 더 커집니다. 즉, 광전류의 크기에만 영향을 미친다."[2]

고등학교 '물리학' 2권(필수)에서도 다음과 같이 지적하고 있다. 상대적으로 강하고, 단위 시간당 입사되는 광자의 수가 많기 때문에 생성되는 광전자의 양도 크다.”

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빛의 강도 I=nhν이면 빛의 강도는 두 가지 기본 상황이 있습니다. 하나는 n이 변하는 경우이고 다른 하나는 ν가 변하는 경우입니다. 물리학 문제에서 n을 변경하여 빛의 강도를 변경해야 한다면 빛의 주파수는 변경되지 않은 상태에서 빛의 강도를 변경해야 한다는 점을 분명히 명시해야 합니다. 효과는 대학 입시 내용에서 흔히 볼 수 있습니다. 대학 입시는 선택 시험이기 때문에 신뢰성과 타당도가 높습니다. 대학 입시 문제에서 입사광의 강도를 어떻게 이해합니까?

사례 2(1999년 상하이 대학 입시 문제) ) 특정 단색광이 특정 금속에 조사할 때 광전 효과를 생성할 수 없는 경우 다음 조치를 취하면 금속이 광전 효과를 생성할 수 있습니다.

A. 조명 시간 연장

나. 빛의 강도를 높이세요

C. 더 짧은 파장의 빛으로 전환

D. 저주파 광 조사로 전환

이 질문의 정답은 B가 아니라 C입니다. ?

예 3 (2000년 북경 및 안휘 봄대학 입시 문제) 단색광 조사 하에서 특정 금속이 광전자를 방출합니다. 광전자의 최대 초기 운동 에너지

가. 조사하는 빛의 강도가 증가할수록 증가합니다.

B. 빛을 조사하는 빈도가 증가할수록 증가합니다.

C. 조사하는 빛의 파장이 증가할수록 증가함

D. 조사광의 노출 시간과는 아무런 관련이 없습니다

이 질문의 정답은 B와 D이지만 A는 없습니다. 입사광 강도의 개념과 관련된 대학 입시 문제가 많이 있습니다. 저자도 지난 기사에서 두 가지 유사한 예를 인용했기 때문에 여기서는 하나씩 예를 들어 설명하지 않겠습니다. 입사광의 강도와 입사광의 주파수는 서로 독립된 두 가지 물리량임을 알 수 있습니다. 그렇지 않으면 정답을 얻기가 어렵습니다.

4. 다른 개념과의 충돌

빛의 강도 I=nhν이면 우리가 본 또 다른 물리량과도 충돌합니다. 광전 효과 현상을 설명할 때 우리는 다음과 같은 진술을 보았습니다. "아인슈타인은 빛이 플랑크가 지적한 것처럼 방출되거나 흡수될 때 입자 특성을 가질 뿐만 아니라 공간으로 전파될 때도 입자 특성을 갖는다고 믿었습니다. 그것은 입자 특성을 가지고 있습니다. 즉, 빛은 빛의 속도 c로 움직이는 입자의 흐름입니다. 이러한 빛 입자는 광양자라고도 하며, 각 광자의 에너지도 E=hν입니다(h는 플랑크 상수, ν는 주파수). 서로 다른 주파수의 광자는 서로 다른 에너지를 가집니다. 즉, 단위 시간당 단위 면적을 통과하는 빛 에너지는 단색광으로 단위 면적을 통과하는 광자의 수에 따라 결정됩니다. 에너지 흐름 밀도는 S=nhν입니다." [3] 책 왼쪽 페이지에도 다음과 같은 문장이 있습니다. "광전자의 초기 운동 에너지는 입사광의 주파수 ν에 따라 선형적으로 증가하며, 입사광의 강도와는 아무런 관련이 없습니다." 분명히. ,여기

빛의 에너지 흐름밀도 S는 입사광의 세기와 동일한 개념이 아니다. 왜냐하면 빛의 세기는 광전자의 초기 운동에너지, 즉 빛의 진동수와 아무 관계가 없기 때문이다. 빛의 에너지 흐름 밀도 S = nhν는 주파수와 관련된 빛의 물리량과 관련이 있습니다. 위에서 보면, 입사광의 세기는 I = nhν로 이해될 수 없고 단지 단위 시간당 입사된 광자의 수, 즉 빛을 반사하는 물리량으로만 이해될 수 있음을 알 수 있다. 단위 시간 동안 빛의 전파 방향을 따라 단위 면적을 통과하는 광자의 수.