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1、第第2节节 光电效应光电效应 波粒二象性波粒二象性 一、光电效应及其规律一、光电效应及其规律1光电效应：光电效应：在光在光(包括不可见光包括不可见光)的照射下，从物体发射出电子的的照射下，从物体发射出电子的现象现象2光电效应的实验规律光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应限频率才能发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应(2)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
2、增大而增大而增大(3)金属受到光照，光电子的发射一般不超过金属受到光照，光电子的发射一般不超过109s.(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比强度成正比(1)照射光的频率决定着是否发生光电效应及光电子的最大照射光的频率决定着是否发生光电效应及光电子的最大初动能初动能(2)光电子是金属表面受光照射逸出的电子，光电子也是电光电子是金属表面受光照射逸出的电子，光电子也是电子，与光子不同，光子的本质是光子，与光子不同，光子的本质是光二、光子说对光电效应规律的理解二、光子说对光电效应规律的理解1光子说光子说爱因斯坦
3、提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即：份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即：Eh，其，其中中h6.631034 Js.2爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程EkhW0(Ek是光电子的最大初动能；是光电子的最大初动能；W0是逸出功，即从金属表是逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功)3用图象表示光电效应方程用图象表示光电效应方程(1)最大初动能最大初动能Ek与入射光频率与入射光频率的关系图线如图的关
4、系图线如图(2)由曲线可以得到的物理量由曲线可以得到的物理量极限频率：图线与极限频率：图线与轴交点的横坐标轴交点的横坐标0.逸出功：图线与逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值轴交点的纵坐标的值W0E.普朗克常量：图线的斜率普朗克常量：图线的斜率kh.4对光电效应规律的解释对光电效应规律的解释对应规律对应规律对规律的产生的解释对规律的产生的解释存在极限存在极限频率频率0电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做功功W0，要使入射光子能量不小于，要使入射光子能量不小于W0，对应的频率，对应的频率0，即，即极限频率极限频率光电子的最大初光电子
5、的最大初动能随着入射光动能随着入射光频率的增大而增频率的增大而增大，与入射光强大，与入射光强度无关度无关电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0是一定的，是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大效应具有效应具有瞬时性瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增光照射金属时，电子吸收一个
6、光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程大，不需要能量积累的过程光较强时饱和电光较强时饱和电流大流大光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大较多，因而饱和电流较大光电效应方程研究的对象是从金属表面逸出的光电子，其列式依据为能量的光电效应方程研究的对象是从金属表面逸出的光电子，其列式依据为能量的转化和守恒定律转化和守恒定律三、用光电管研究光电效应三、用光电管研究光电效应1常见电路常见电路2光电流与饱和光电流光电流与饱和光电流(1)入射光强度：指单位时间内入射到金属表面入射光强度：指单位时间内入射到金属表面
7、单位面积上的能量，可以理解为频率一定时，光强越大，光子数越多单位面积上的能量，可以理解为频率一定时，光强越大，光子数越多(2)光电流：指光电子在电路中形成的电流光电流有最大值，未达光电流：指光电子在电路中形成的电流光电流有最大值，未达 到最大值以前，其大小和光强、电压都有关，达到最大值以后，光电到最大值以前，其大小和光强、电压都有关，达到最大值以后，光电 流只和光强有光，光强强，光电流就大流只和光强有光，光强强，光电流就大(3)饱和光电流：指在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，饱饱和光电流：指在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，饱 和光电流不随电路中电压的增大而增大和光电流不随电路中电
8、压的增大而增大3两条分析线索两条分析线索(1)通过频率分析：光子频率高通过频率分析：光子频率高光子能量大光子能量大产生光电子的最大初产生光电子的最大初 动能大动能大(2)通过光的强度分析：对确定某种光而言，入射光强度大通过光的强度分析：对确定某种光而言，入射光强度大光子数光子数 目多目多产生的光电子多产生的光电子多光电流大光电流大4常见概念辨析常见概念辨析光强指单位时间内在垂直于光的传播方向上，单位面积上光子的总光强指单位时间内在垂直于光的传播方向上，单位面积上光子的总能量，即能量，即nh(其中其中n为光子数，为光子数，h指一个光子的能量指一个光子的能量)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观观
9、念中的波，也不可把光理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成宏观观念中的粒子当成宏观观念中的粒子对光电效应规律的理解对光电效应规律的理解 例例1(1)关于光电效应，下列说法正确的是关于光电效应，下列说法正确的是()A极限频率越大的金属材料逸出功越大极限频率越大的金属材料逸出功越大B只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多入射光的光强一定
10、时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多(2)用红光照射某一光电管发生光电效应时，测得光子的最大初动能为用红光照射某一光电管发生光电效应时，测得光子的最大初动能为Ek1，光电流强度为光电流强度为I1；若改用光的强度与上述红光相同的紫光照射该光电管时，测；若改用光的强度与上述红光相同的紫光照射该光电管时，测得光电子的最大初动能为得光电子的最大初动能为Ek2，光电流强度为，光电流强度为I2，则，则Ek1与与Ek2，I1与与I2的大小关系的大小关系为：为：Ek2_Ek1，I2_I1(选填选填“”“”“”或或“”)思路点拨思路点拨求解此题应把握以下两点：求解此题应把握以下两点：(1)强度相同的红光
11、和紫光，光子个数不同强度相同的红光和紫光，光子个数不同(2)应用光电效应现象的规律求解光电子的最大初动能、逸出功、光电流等应用光电效应现象的规律求解光电子的最大初动能、逸出功、光电流等解析解析(1)由由Wh可知可知A正确照射光的频率大于极限频率时才能正确照射光的频率大于极限频率时才能发生光电效应，即发生光电效应，即B错由错由EkhW0可知可知C错入射光的强度一定时，错入射光的强度一定时，频率越高，单个光子的能量频率越高，单个光子的能量h越大，光子数越少，单位时间内逸出的越大，光子数越少，单位时间内逸出的光电子数越少，故光电子数越少，故D错错(2)红光光子的频率比紫光光子的频率小，因此红光的光子
12、能量小，红光光子的频率比紫光光子的频率小，因此红光的光子能量小，紫光的光子能量大，当红光和紫光的强度相同时，即单位时间内单位紫光的光子能量大，当红光和紫光的强度相同时，即单位时间内单位面积上照射的红光光子个数多，而照射的紫光的光子个数少，根据光面积上照射的红光光子个数多，而照射的紫光的光子个数少，根据光电效应原理，红光照射时，产生的光电子数多，光电流的强度大，故电效应原理，红光照射时，产生的光电子数多，光电流的强度大，故I1I2.由于紫光光子能量大，同一光电管，逸出功由于紫光光子能量大，同一光电管，逸出功W0相同，根据爱因斯相同，根据爱因斯坦光电效应方程坦光电效应方程hW0Ek得：用紫光照射时
13、，光电子的最大初动能得：用紫光照射时，光电子的最大初动能大，大，Ek2Ek1.答案答案(1)A(2)光电效应方程的应用光电效应方程的应用例例2如图，当电键如图，当电键S断开时，用光子能量为断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为，发现电流表读数不为零合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读零合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零当电压表时，电流表读数仍不为零当电压表读数大于或等于读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零时，电流表读数为零(1)求此时光电子的最大初动能的大小求此时光电子的最大初动能的
14、大小(2)求该阴极材料的逸出功求该阴极材料的逸出功思路点拨思路点拨解析解析设用光子能量为设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为的光照射时，光电子的最大初动能为Ek，阴极材料逸出功为，阴极材料逸出功为W0，当反向电压达到，当反向电压达到U0.60 V以后，具有最以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极，因此大初动能的光电子也达不到阳极，因此eUEk由光电效应方程：由光电效应方程：EkhW0由以上二式：由以上二式：Ek0.6 eV，W01.9 eV.所以光电子最大初动能为所以光电子最大初动能为0.6 eV，该材料的逸出功为，该材料的逸出功为1.9 eV.答案答案(1)0.6 e
15、V(2)1.9 eV对光的波粒二象性的理解对光的波粒二象性的理解 例例3物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点子；实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹，对这个实验结如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹，对这个实验结果认识正确的是果认识正确的是()A曝光时间不长时
16、，出现不规则的点子，表现出光的波动性曝光时间不长时，出现不规则的点子，表现出光的波动性B单个光子通过双缝后的落点无法预测单个光子通过双缝后的落点无法预测C干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性思路点拨思路点拨利用光的波粒二象性和光波是一种概率波分析解答利用光的波粒二象性和光波是一种概率波分析解答解析解析由于光波是一种概率波，故由于光波是一种概率波，故B、C正确正确A中的现象说明了光中的现象说明了光的粒子性，个别光子的行为通常表现出粒子性，故的粒子性，个别光子的行为通常表现出粒子性，故A、D错误错误答案答案BC