第14.1节 光电效应 光子说-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第三册）

第十四章 微观粒子的波粒二象性 14.1 光电效应 光子说 🧭目标导航 知识要点 难易度 1. 光电效应现象：紫外线照射锌板，光电子从锌版逸出 2. 光子的能量：E = hν 3. 光电效应方程： ★ ★★ ★★★ 📚知识精讲 一、光电效应现象 1.实验现象： 图（1）锌板带负电，用紫外线灯照射后，验电器张开的指针夹角会变小。 图（2）锌板不带电，用紫外线灯照射后，验电器指针张开。 结论：紫外线会让电子从锌板表面逸出。 装置（1） 装置（2） 2.光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。 3.光电子：光电效应现象中从金属表面逸出的电子常称为光电子。 二、光电效应的实验规律 1.光电效应的实验装置 如图（1）所示，把光信号转化为电信号的装置叫光电管。 ⑴阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极。 阴极K与阳极A之间电压U的大小用电压表测量，可以通过滑动变阻器的调节，改变电压大小。 电源的正负极也可以对调，图中所加的电压为正向电压，即A极的电势高于K极的电势。 ⑵K在受到光照时能够发射光电子。 光电子从阴极K逸出后，在AK之间被电场加速。 ⑶阳极A吸收阴极K发出的光电子，形成光电流，用电流计测出光电流的大小。 光电流越大，说明光电效应越强。 图（1） 图（2） 2.实验过程 (1)施加正向电压，如图（1）：A接正极，K接负极 ①保持光照条件不变，调节滑动变阻器，增大电压，测量光电流。 ②得到如图（2）所示图像，光电流随电压增大而增大，并趋于一个饱和值Im ③分析：在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的。 电压增加到一定值时，所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。 (2)施加反向电压，如图（3）：K接正极，A接负极 图（3） 图（4） 图（5） ①保持光照条件不变，调节滑动变阻器，增大反向电压，测量光电流。 ②得到如图（2）所示图像，光电流随反向电压增大而减小，直至为0，测量此时的电压UC。 ③分析：如图（4），具有最大初动能的光电子到达A极时，动能刚好减小为零，电场力做功=最大初动能， 即：，使光电流减小到0的反向电压UC称为遏止电压。 (3)更换不同频率的色光，测量不同色光的I-U图像。 如图（5）中的黄光和蓝光，不同频率的色光都存在饱和电流，但截止频率不一样。 (4)对同一频率的色光，改变强度，测量I-U图像。 如图（5）中的黄光（强）和黄光（弱），截止频率相同，光强越大饱和电流越大。 3. 结论 (1)对于同一种颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都一样。 (2)光的频率发生变化时，遏止电压也会发生变化。 这表明光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。 (3)截止频率（极限频率）：入射光的频率必须高于某一极限频率才能发生光电效应。 当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。 对于每种金属，都有相应确定的截止频率νc，即： ①当入射光频率 ν > νc 时，电子才能逸出金属表面； ②当入射光频率 ν < νc 时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。 (4)光电效应具有瞬时性，当光照射时立刻产生光电效应。 例1. 研究光电效应实验如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则(　) A．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过 B．用红外线照射，电流表一定无电流通过 C．用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片移到最右端时，电流表一定无电流通过 D．用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片向左端移动时，电流表示数可能不变 三、经典理论的矛盾 1.光电效应经典解释 按照经典电磁理论，光是电磁波，对光电效应有如下结论： (1)当光照射金属表面时，电子会吸收光的能量。 若电子吸收的能量超过逸出功，电子就能从金属表面逸出，形成光电子。 不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可以获得足够能量从而逸出表面，不存在截止频率。 (2)光越强，光电子的初动能应该越大，所以截止电压Uc应该与光的强弱有关。 (3)如果光很弱，电子需要长时间（几分钟到十几分钟）才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于实验中产生光电流的时间。 这些结论与实验结果相矛盾，经典电磁理论无法解释。 2光电效应经典解释中的疑难点 (1)初动能与光强无关，取决于入射光的频率。 (2)