光电效应中，入射光光强一定，频率变大，则饱和光电流如何变化？

Question

书上说，入射光光强一定，频率和饱和光电流没有简单的正比关系。我不清楚到底是什么关系？做了一道题，说光强不变，但是频率变大了，所以光子数变少，光电子数变少，光电流变小。

Answer 1

用I表示光学中的光强，v表示光的频率，A为照射区域面积，N为时间间隔t内照到A上的光子总数，则
I=Nhv/At
从式中看出，光强不变，频率变大，所以光子数变少，光电子数变少，光电流变小。

光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象。在高于某特定频率的电磁波（该频率称为极限频率threshold frequency）照射下，某些物质内部的电子吸收能量后逸出而形成电流，即光生电。
光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出。科学家们在研究光电效应的过程中，物理学者对光子的量子性质有了更加深入的了解，这对波粒二象性概念的提出有重大影响。 [1

光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。这类光变致电的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应，又称光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应（photoelectric emission）。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。
按照粒子说，光是由一份一份不连续的光子组成，当某一光子照射到对光灵敏的物质(如硒)上时，它的能量可以被该物质中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量后，动能立刻增加;如果动能增大到足以克服原子核对它的引力，就能在十亿分之一秒时间内飞逸出金属表面，成为光电子，形成光电流。单位时间内，入射光子的数量愈大，飞逸出的光电子就愈多，光电流也就愈强，这种由光能变成电能自动放电的现象，就叫光电效应。 [1]
赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应（金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子）。光频率大于某一临界值时方能发射电子，即截止频率，对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属材料，而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关，这一点无法用光的波动性解释。还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累到足够的能量，飞出金属表面。可事实是，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，电子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方秒。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。
光电效应
光电效应
光电效应里电子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金属表面射出，与光照方向无关。光是电磁波，但是光是高频震荡的正交电磁场，振幅很小，不会对电子射出方向产生影响。
光电效应说明了光具有粒子性。相对应的，光具有波动性最典型的例子就是光的干涉和衍射。
只要光的频率超过某一极限频率，受光照射的金属表面立即就会逸出光电子，发生光电效应。当在金属外面加一个闭合电路，加上正向电源，这些逸出的光电子全部到达阳极便形成所谓的光电流。在入射光一定时，增大光电管两极的正向电压，提高光电子的动能，光电流会随之增大。但光电流不会无限增大，要受到光电子数量的约束，有一个最大值，这个值就是饱和电流。所以，当入射光强度增大时，根据光子假设，入射光的强度（即单位时间内通过单位垂直面积的光能）决定于单位时间里通过单位垂直面积的光子数，单位时间里通过金属表面的光子数也就增多，于是，光子与金属中的电子碰撞次数也增多，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也增多，电流也随之增大。

Answer 2

用I表示光学中的光强，v表示光的频率，A为照射区域面积，N为时间间隔t内照到A上的光子总数，则 I=Nhv/At 从式中看出，光强不变，频率变大，所以光子数变少，光电子数变少，光电流变小。追问

这么看的话不就是光强不变，频率变大，光电流变小吗？书上说，光强不变，频率和饱和光电流没有简单的正比关系。这二者应该如何联系上呢？谢谢

追答

没有简单的正比关系。不是说没有关系，而是说不是频率增大一倍，光电流也增大一倍。后面的说法就是简单的正比关系 。 也就是y=kx中 y和x就是简单的正比关系。

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Answer 3

用I表示光学中的光强，v表示光的频率，A为照射区域面积，N为时间间隔t内照到A上的光子总数，则 I=Nhv/At 从式中看出，光强不变，频率变大，所以光子数变少，光电子数变少，光电流变小。用I表示光学中的光强，v表示光的频率，A为照射区域面积，N为时间间隔t内照到A上的光子总数，则 I=Nhv/At 从式中看出，光强不变，频率变大，所以光子数变少，光电子数变少，光电流变小。

Answer 4

在发生光电效应的前提下，入射光光强一定时，相当于单位时间内照射的光子数一定，对于给定的金属材料，单位时间内逸出的光电子数目一定，所以饱和光电流是一定的。虽然照射光的频率变大了，也只是光电子的最大初动能变大，不会影响光电流的饱和值。