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近代物理初步,2,一、光电效应及其规律,1,光电效应：,在光,(,包括不可见光,),的照射下，从物体发射出电子的现象,2,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而增大,(3),金属受到光照，光电子的发射一般不超过,10,9,s.,(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强度成正比,4,(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，光电子也是电子，与光子不同，光子的本质是光,5,二、光子说对光电效应规律的理解,1,光子说,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：,E,h,，其中,h,6.63,10,34,J,s.,2,爱因斯坦光电效应方程,E,k,h,W,0,(,E,k,是光电子的最大初动能；,W,0,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,),3,用图象表示光电效应方程,(1),最大初动能,E,k,与入射光频率,的关系图线如图,(2),由曲线可以得到的物理量,极限频率：图线与,轴交点的横坐标,0,.,逸出功：图线与,E,k,轴交点的纵坐标的值,W,0,E,.,普朗克常量：图线的斜率,k,h,.,6,4,对光电效应规律的解释,对应规律,对规律的产生的解释,存在极限,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功,W,0,，要使入射光子能量不小于,W,0,，对应的频率,0,，即极限频率,光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关,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，,W,0,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,效应具有,瞬时性,光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程,光较强时饱和电流大,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转化和守恒定律,7,三、用光电管研究光电效应,1,常见电路,2,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 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 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,(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 和光电流不随电路中电压的增大而增大,3,两条分析线索,(1),通过频率分析：光子频率高,光子能量大,产生光电子的最大初 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,光子数 目多,产生的光电子多,光电流大,8,4,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能量，即,n,h,(,其中,n,为光子数，,h,指一个光子的能量,),9,10,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,对光电效应规律的理解,例,1,(1),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,B,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,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,(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,E,k1,，光电流强度为,I,1,；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,E,k2,，光电流强度为,I,2,，则,E,k1,与,E,k2,，,I,1,与,I,2,的大小关系为：,E,k2,_,E,k1,，,I,2,_,I,1,(,选填,“,”“,”,或,“,”,),思路点拨,求解此题应把握以下两点：,(1),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,12,解析,(1),由,W,h,可知,A,正确照射光的频率大于极限频率时才能发生光电效应，即,B,错由,E,k,h,W,0,可知,C,错入射光的强度一定时，频率越高，单个光子的能量,h,越大，光子数越少，单位时间内逸出的光电子数越少，故,D,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,I,1,I,2,.,由于紫光光子能量大，同一光电管，逸出功,W,0,相同，根据爱因斯坦光电效应方程,h,W,0,E,k,得：用紫光照射时，光电子的最大初动能大，,E,k2,E,k1,.,答案,(1)A,(2),13,光电效应方程的应用,例,2,如图，当电键,S,断开时，用光子能量为,2.5 eV,的一束光照射阴极,P,，发现电流表读数不为零合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于,0.60 V,时，电流表读数仍不为零当电压表读数大于或等于,0.60 V,时，电流表读数为零,(1),求此时光电子的最大初动能的大小,(2),求该阴极材料的逸出功,思路点拨,14,解析,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,E,k,，阴极材料逸出功为,W,0,，当反向电压达到,U,0.60 V,以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极，因此,eU,E,k,由光电效应方程：,E,k,h,W,0,由以上二式：,E,k,0.6 eV,，,W,0,1.9 eV.,所以光电子最大初动能为,0.6 eV,，该材料的逸出功为,1.9 eV.,答案,(1)0.6 eV,(2)1.9 eV,15,对光的波粒二象性的理解,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；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,(,),A,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,C,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,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,解析,由于光波是一种概率波，故,B,、,C,正确,A,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,A,、,D,错误,答案,BC,16,本小节结束,请按,ESC,键返回,
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