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遏止电压的公式

2025-09-30 00:14:55

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2025-09-30 00:14:55

遏止电压的公式】在物理学中,尤其是光电效应的研究中,“遏止电压”是一个重要的概念。它指的是当光电子被金属表面逸出后,为了阻止它们到达阳极而施加的最小反向电压。这个电压与入射光的频率和金属材料的性质密切相关。

本文将对“遏止电压”的公式进行总结,并以表格形式清晰展示相关参数及其关系。

一、基本概念

遏止电压(Stopping Voltage):是指在光电效应实验中,为了使从金属表面逸出的光电子无法到达阳极,所必须施加的最小反向电压。其值与光电子的最大动能成正比。

光电效应方程:

$$ E_k = h\nu - W $$

其中:

- $ E_k $ 是光电子的最大动能;

- $ h $ 是普朗克常数;

- $ \nu $ 是入射光的频率;

- $ W $ 是金属的逸出功(即电子脱离金属所需的最小能量)。

根据能量守恒原理,光电子的最大动能等于遏止电压对应的电势能,因此有:

$$ eV_0 = h\nu - W $$

由此可得:

$$ V_0 = \frac{h\nu - W}{e} $$

二、遏止电压公式总结

参数 符号 单位 公式表达 说明
遏止电压 $ V_0 $ 伏特(V) $ V_0 = \frac{h\nu - W}{e} $ 使光电子停止运动所需的最小电压
普朗克常数 $ h $ 焦耳·秒(J·s) $ h = 6.626 \times 10^{-34} \, \text{J·s} $ 物理常数,与光子能量有关
入射光频率 $ \nu $ 赫兹(Hz) $ \nu $ 光的频率越高,光电子能量越大
逸出功 $ W $ 焦耳(J) $ W = e\phi $ 与金属种类有关,表示电子脱离金属所需能量
电子电荷量 $ e $ 库仑(C) $ e = 1.602 \times 10^{-19} \, \text{C} $ 基本电荷量

三、应用与意义

遏止电压的测量是验证爱因斯坦光电效应理论的重要实验手段之一。通过改变入射光的频率并测量对应的遏止电压,可以间接求得普朗克常数 $ h $ 和金属的逸出功 $ W $。

此外,该公式也说明了以下几点:

- 遏止电压与入射光频率成正比;

- 当入射光频率低于某临界值时(即 $ h\nu < W $),不会产生光电效应;

- 不同金属具有不同的逸出功,因此其对应的遏止电压也会不同。

四、小结

遏止电压是光电效应中的关键物理量,其计算依赖于入射光的频率和金属的逸出功。通过实验测得遏止电压,可以进一步验证量子理论的正确性,并用于研究材料的光电特性。

关键点 内容
公式 $ V_0 = \frac{h\nu - W}{e} $
影响因素 入射光频率、金属逸出功
实验意义 验证光电效应理论,测量普朗克常数
物理含义 最小反向电压,阻止光电子到达阳极

如需进一步了解光电效应的实验设计或相关数据处理方法,可继续查阅相关资料。

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