光电子习题及答案

1 习 题1

1．1. 设在半径为Rc的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l0处有一个辐射强度为Ie的点源S，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。

ddeeI， 202πdlRc 202eπddlRIIcee

.1.2. 如图所示，设小面源的面积为As，辐射亮度为Le，面源法线与l0的夹角为s；被照面的面积为Ac，到面源As的距离为l0。若c为辐射在被照面Ac的入射角，试计算小面源在Ac上产生的辐射照度。

用定义rreeAdILcos和AEeedd求解。

1.4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？

不是热辐射。

1.6. 从黑体辐射曲线图可以看出，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长m随温度T的升高而减小。试由普朗克热辐射公式导出

常数Tm。

这一关系式称为维恩位移定律，其中常数为2.89810-3mK。

普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于0，即可求的。

1.9. 常用的彩色胶卷一般分为日光型和灯光型。你知道这是按什么区分的吗？

按色温区分。

习 题2

2.1. 何为大气窗口，试分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。

对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。光波几乎无法通过。根据大气的这种l0 S

Rc

第1题图

Le

As Ac

l0 s

c

第2题图

2 选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。

2. 何为大气湍流效应，大气湍流对光束的传播产生哪些影响？

是一种无规则的漩涡流动，流体质点的运动轨迹十分复杂，既有横向运动，又有纵向运动，空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏。这种湍流状态将使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响，出现所谓光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移（亦称方向抖动）、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象，统称为大气湍流效应。

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. 专业.专注 . 1.1可见光的波长、频率和光子的能量范围分别是多少？

波长：380~780nm 400~760nm

频率：385T~790THz 400T~750THz

能量：1.6~3.2eV

1.2辐射度量与光度量的根本区别是什么？为什么量子流速率的计算公式中不能出现光度量？

为了定量分析光与物质相互作用所产生的光电效应，分析光电敏感器件的光电特性，以及用光电敏感器件进行光谱、光度的定量计算，常需要对光辐射给出相应的计量参数和量纲。辐射度量与光度量是光辐射的两种不同的度量方法。根本区别在于：前者是物理（或客观）的计量方法，称为辐射度量学计量方法或辐射度参数，它适用于整个电磁辐射谱区，对辐射量进行物理的计量；后者是生理（或主观）的计量方法，是以人眼所能看见的光对大脑的刺激程度来对光进行计算，称为光度参数。因为光度参数只适用于0.38~0.78um的可见光谱区域，是对光强度的主观评价，超过这个谱区，光度参数没有任何意义。而量子流是在整个电磁辐射，所以量子流速率的计算公式中不能出现光度量.光源在给定波长λ处，将λ～λ+dλ范围内发射的辐射通量 dΦe，除以该波长λ的光子能量hν，就得到光源在λ处每秒发射的光子数，称为光谱量子流速率。

1.3一只白炽灯，假设各向发光均匀，悬挂在离地面1.5m的高处，用照度计测得正下方地面的照度为30lx，求出该灯的光通量。

Φ=L*4πR^2=30*4*3.14*1.5^2=848.23lx

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题型：填空20，选择20，判断对错10，计算题20，简答题30

1. 衡量光电子器件探测能力的参数有哪些？其中光谱响应度和响应度，最小可探测功率和探测率之间具有怎样的关系？光电器件的性能参数主要有哪些？并做简要说明

2. 光电效应的种类，解释什么是内光电效应，外光电效应，光电导效应，光伏效应。何为外光电效应，何为内光电效应，分别解释其原理及利用各自原理的主要器件。

3. 光敏电阻的性能特点

4. 影响光敏电阻光谱特性的主要有那两个因素？

5. 光敏电阻的光电特性，计算一个照度上会产生多大的电流，或电压。

6. 试解释光生伏特效应。主要的光伏器件有哪些？试以一种器件为例说明其工作原理。

7. 2DU型光电二极管环极的作用及连接方式。

8. 推导光电二极管的最小可探测功率。

9. 当光的增益功率足够大时就会产生受激吸收和发射光电子的现像。

10. 外光电效应的两个定律是什么，解释每个个规定。给出一个阈值功率。代表什么含义。

11. 光电被增管的增益和那些因素有关？（倍增极材料，偏置电压）调整偏置电压时是否可以改变增益？

12. 影响光电倍增管的长波阈值和短波阈值分别是什么？

13. 光电倍增管的性能特点及特性参数的计算。

14. 光电成像器件的种类。

15. 热电探测器件有哪些，试简要说明各自特点。

16. 像管的种类与功能。

17. 微光像增强器的基本原理与结构。

18. 摄像管功能。

19. 单个电荷耦合器件的基本原理和信息传递过程。

20. CCD的主要特性参数。

21. 如何减少传递中的电荷损失，提高转移效率？

22. CCD的上下限频率特性由什么决定？

23. 简单画出帧场转移结构面阵CCD的结构，并说明其工作原理。

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高中物理光电效应课后习题答案及解析

练习与应用

1．在光电效应实验中，如果入射光的波长确定而强度增加，将产生什么结果？如果入射光的频率增加，将产生什么结果？

解析：

如果入射光的波长确定而强度增加，则光电效应时，单位时间内逸出的光电子会增多（光的频率大于金属极限频率），若原入射光的频率小于金属极限频率，则强度增加时仍不会有光电子逸出。

如果入射光的频率增加，根据Ekm=hν-W0可知逸出光电子的最大初动能会增大。

2．金属A在一束绿光照射下恰能发生光电效应，现用紫光或红光照射时，能否发生光电效应？紫光照射A、B 两种金属都能发生光电效应时，为什么逸出金属表面的光电子的最大速度大小不同？

解析：

紫光光子频率大于绿光光子频率，紫光光子能量大于绿光光子能量，红光光子频率小于绿光光子频率，红光光子能量小于绿光光子能量。因此，用紫光照射时能发生光电效应，用红光照射时不能发生光电效应。由光电效应方程Ek=hν-W0可知,A、B两种金属的截止频率不同，故用同种光照射时，逸出的光电子最大初动能不同，光电子的最大速度大小不同。

3．铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长为200 nm 的光照射铝的表面。 2 / 3

（1）求光电子的最大初动能。

（2）求截止电压。

（3）求铝的截止频率。

解析：

（1）根据爱因斯坦光电效应方程得：光电子的最大初动能为

Ek=hcλ−W0=3.3×10-19J

（2）据动能定理得到：遏止电压Uc=Eke=3.3×10−191.6×10−19V≈2.1V

（3）当光电子逸出时的动能为零时，再减小照射光的频率便不能发生光电效应了，截止频率νC=W0h=4.2×1.6×10−196.63×10−34Hz=1.01×1015Hz．

4．根据图4.2-1所示的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）频率已知的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。