最新频率选择表面(学习笔记)

2光电效应第1课时光电效应[学习目标] 1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律.2.知道光电效应与电磁理论的矛盾.3.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题．一、光电效应的实验规律1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的________从表面逸出的现象．2．光电子：光电效应中发射出来的________．3．光电效应的实验规律(1)存在________频率：当入射光的频率低于截止频率时______(填“能”或“不”)发生光电效应．(2)存在________电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越______．(3)存在________电压：使光电流减小到______的反向电压U c，且满足____________＝eU c.(4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的．二、光电效应经典解释中的疑难1．逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的________值，用W0表示．不同种类的金属，其逸出功的大小________(填“相同”或“不相同”)．2．光电效应经典解释(1)不应存在________频率．(2)遏止电压U c应该与光的强弱______关．(3)电子获得逸出表面所需的能量需要的时间____________实验中产生光电流的时间．三、爱因斯坦的光电效应理论1．光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为______，其中h为普朗克常量．这些能量子后来称为________．2．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：hν＝__________或E k＝________.(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是________，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的________．(3)U c与ν、W0的关系①表达式：U c＝________________.②图像：U c－ν图像是一条斜率为________的直线．1．判断下列说法的正误．(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应．()(2)光照射金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．()(3)“光子”就是“光电子”的简称．()(4)逸出功的大小与入射光无关．()(5)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比．()2．某金属的逸出功为W0，则这种金属的截止频率νc＝________，用波长为λ的光照射该金属的表面，光电子的最大初动能E k＝________.(已知普朗克常量为h，光速为c)一、光电效应的实验规律经典解释中的疑难导学探究如图是研究光电效应的电路图．(1)闭合开关后，当电压表的示数为0时，电流表的示数不是0，说明了什么？(2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，会观察到什么现象？说明了什么？(3)若将电源的正负极对调，闭合开关，滑动变阻器的滑片向右移动时，又会观察到什么现象？说明了什么？(4)对于现象(3)，同一频率的入射光强弱不同时，观察到什么现象？用不同频率的光做实验，观察到什么现象？知识深化1．光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能发生光电效应，低于这个截止频率则不能发生光电效应．(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大．(3)大于截止频率的光照射金属时，光电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比．(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过10－9 s.2．光电效应实验相关概念的理解(1)光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子．(2)饱和电流金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和电流，在一定条件下，饱和电流与所加电压大小无关，只与入射光的强度有关．入射光越强，饱和电流越大．即：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．(3)遏止电压、截止频率与逸出功①遏止电压：使光电流减小到零的反向电压，用符号U c表示．计算方法：－eU c＝0－E k遏止电压与入射光的频率有关．入射光的频率不变，遏止电压不变，入射光的频率改变，遏止电压改变．这表明对于同一种金属光电子的能量只与入射光的频率有关．②截止频率：能使某种金属发生光电效应的入射光的最小频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的截止频率．③逸出功：电子从金属中挣脱出来，要克服金属表面层的一种力做功，电子脱离某种金属所需做功的最小值叫作这种金属的逸出功．不同金属的逸出功不同．3．光电效应与经典电磁理论的矛盾按光的电磁理论，应有：(1)不存在截止频率，任何频率的光都能使金属产生光电效应．(2)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．(3)在光很弱时，放出光电子的时间应远大于10－9 s.显然这三条与光电效应的实验规律相矛盾．例1(2022·洛阳市月考)如图所示，在演示光电效应的实验中，某同学分别用a、b两种单色光照射锌板．发现用a光照射时与锌板连接的验电器的指针张开一定角度；用b光照射时与锌板连接的验电器的指针不动．下列说法正确的是()A．增大b光的照射强度，验电器的指针有可能张开一定角度B ．增大a 光的照射强度，光电子的最大初动能增加C ．a 光的频率大于b 光的频率D ．若用b 光照射另一种金属能发生光电效应，则用a 光照射该金属时可能不会发生光电效应 例2 用如图所示的装置研究光电效应现象，当用某种频率的光照射到光电管上时，电流表的读数为I .则( )A ．将开关S 断开，也会有电流通过电流表B ．将滑动变阻器的触点c 向a 移动，光电子到达阳极时的速度必将变小C ．如果减小入射光的光强，光电管中可能不会有光电子产生D ．如果将电池极性反转，光电管中可能不会有光电子产生二、爱因斯坦的光电效应理论1．光子说：光子说的提出说明了光是由光子组成的．光子的能量ε＝hν，决定于光的频率．光的强度与光子的数目有关，在频率一定的情况下，光越强，单位时间内单位面积上的光子数越多．2．光电效应方程：E k ＝hν－W 0(1)式中的E k 是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～E k 范围内的任何数值．(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程．①能量为ε＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的初动能．②如果克服吸引力做功最少为W 0，则电子离开金属表面时动能最大为E k ，根据能量守恒定律可知：E k ＝hν－W 0.3．光子说对光电效应的解释(1)饱和电流与光照强度的关系：同种频率的光，光照强度越大，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和电流越大．(2)存在截止频率和遏止电压：①由爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光照强度无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光照强度无关．②若发生光电效应，则光电子的最大初动能必大于零，即E k ＝hν－W 0>0，亦即hν>W 0，ν>W 0hW0＝νc，而νc＝h恰好是光电效应的截止频率．例3(2022·江苏响水中学高二期中)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.6 eV的光照射到光电管上时，电流表G有读数．移动滑动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.9 V时，电流表读数为0，则以下说法正确的是()A．光电子的初动能可能为0.8 eVB．光电管阴极的逸出功为0.9 eVC．开关S断开后，电流表G示数为0D．改用能量为2 eV的光子照射，电流表G有电流，但电流较小针对训练(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b分别照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U a和U b、光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h为普朗克常量．下列说法正确的是()A．若νa＞νb，则一定有U a＜U bB．若νa＞νb，则一定有E k a＞E k bC．若U a＜U b，则一定有E k a＜E k bD．若νa＞νb，则一定有hνa－E k a＞hνb－E k b例4(2021·安徽师大附中期中)A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子的最大初动能分别为E k A、E k B，普朗克常量为h，则下列说法正确的是()A．A、B两种光子的频率之比为1∶2B．所产生光电子的最大初动能之比为2∶1C．该金属的逸出功W0＝E k A－2E k BD．该金属的截止频率νc＝E k A－E k Bh。

具有角度稳定性的频率选择表面∗贾宏燕;刘洋;魏芹芹;徐芝美;卢恒炜【摘要】A novel frequency selective surface(FSS)using the superimposition of conventional cross ele-ment and its own 45°rotated pattern as basic unit is presented in this paper.By applying the mode matching technique,the novel element FSS is compared with the traditional cross element theoretically.The experi-ment is carried out.The measured curve shows a good agreement with the emulated curve.It is shown that both structures have polarization independence for normal incidence,but the modified structure has better po-larization independence for large angle incidence and angle independence than the traditional cross element FSS,and the transmission loss at the center frequency is nearly zero for different incident angles.%利用十字图案与自身旋转45°叠加得到的图形为基本周期单元,设计了一种新型周期图案的频率选择表面(FSS)。

1.3 射频电路设计的特点1.3.1 分布参数集总参数元件：指一个独立的局域性元件，能够在一定的频率范围内提供特定的电路性能。

在低频电路设计中，可以把元件看作集总参数元件，认为元件的特性仅由二传手自身决定，元件的电磁场都集中在元件内部。

如电容、电阻、电感等；一个电容的容抗是由电容自身的特性决定，不会受周围元件的影响，如果把其他元件靠近这个电容器，其容抗不会随之产业化。

分布参数元件：指一个元件的特性延伸扩展到一定的空间范围内，不再局限于元件自身。

由于分布参数元件的电磁场分布在附近空间中，其特性要受周围环境的影响。

同一个元件，在低频电路设计中可以看作是集总参数元件，但是在射频电路设计中可能需要作为分布参数元件进行处理。

例如，一定长度的一段传输线，在低频电路中可以看作集总参数元件；在射频电路中，就必须看作分布参数元件。

分布电容（C D）：指在元件自身封装、元件之间、元件到接地平面和线路板布线间形成非期望电容。

分布电容与元件眯并联关系。

分布电感（L D）：指元件引脚、连线、线路板布线等形成的非期望电感。

分布电感通常与元件为串联关系。

**在低频电路设计中，通常忽略分布电容和分布电感对电路的影响。

随着电路工作频率的升高，在射频电路设计中必须同时考虑分布电容和分布电感的影响。

分布电容容抗计算公式：X D=1/ωC D=1/2πƒC D分布电感感抗计算公式：X D=ωL D=2πƒL D如：分布电容C D=1pF，其在ƒ=2kHz、2MHz和2GHz时的容抗：ƒ=2kHz时：X D=79.6MΩƒ=2MHz时：X D=79.6KΩƒ=2GHz时：X D=79.6Ω (接近与射频电路标准阻抗Z0=50Ω，并联影响明显)又如：分布电感L D=1nH，其在ƒ=2kHz、2MHz和2GHz时的感抗：ƒ=2kHz时：X D=12.6×10-6Ωƒ=2MHz时：X D=12.6×10-3Ωƒ=2GHz时：X D=12.6Ω (接近与射频电路标准阻抗Z0=50Ω，串联影响明显)1.3.2 λ/8设计准则随着工作波长变短，电路板上不同位置电压的相位差变大，因此必须考虑电压和电流空间分布的变化。

1.CST的倒角操作建立模型如下（1）直倒角首先选中要建立直倒角的边------Objects------Chamfer Edges出现对话框如下：在Chamfer Width中输入直倒角的长度，在Angle中输入直倒角的角度，得出模型如下：（2）圆倒角首先选中要建立圆倒角的边------Objects------Blend Edges出现对话框如下：在Radus中输入圆倒角的半径得出模型如下：2.拉伸、旋转和渐变选择要拉伸的模型的一个面------Objects------Extrude得出下图对话框（1）在Height中输入高度即是拉伸，如下图所示：（2）旋转时要求输入一条旋转轴和一个被选面。

旋转轴可以是模型中选定的一条直边或用数值指定的边。

本例中新建立一条直线：Objects------Pick------Edge from Coordinates如下图所示：Objects------Rotate得对话框如下：在Angle中指定一个角度如90度。

得出模型如下图（3）渐变选择要在两个物体之间进行渐变操作的两个对立面------Objects------Loft得到如下对话框：在Smoothness中输让进度条靠近High一侧，让两个物体之间有光滑的过渡。

3.尺寸放缩可以对物体进行固定比例放大或缩小首先选中要进行尺寸放缩的物体------Objects------Transform在对话框的Operation中选择Scale再调整Scale vector，即把X、Y、Z的因子扩大或缩小，如0.2或3。

4.对物体掏空Objects------Shell Solid or Thicken Sheet出现如图所示的对话框：在Thickness输入掏空后留下的壳的厚度，如果只选择整个物体，则物体从内部被掏空，如果事先选择物体的上下两个面，则该面也会被掏空。

如图所示：5.历史记录的操作当我们创建了一些基本结构并执行了一些简单的几何变换。