第4章 2.光电效应-【名师导航】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步讲义(人教版)

2．光电效应

1．通过实验，了解光电效应现象及其实验规律。

2．了解爱因斯坦光电效应理论及其意义，能用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应现象。

3．了解康普顿效应及其意义。

4．能根据实验结论说明光的波粒二象性。

　光电效应的实验规律及经典解释中的疑难

1．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。

2．光电子：光电效应中发射出来的电子。

3．光电效应的实验规律

(1)存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。

(2)存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。

(3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压，满足＝eUc。

(4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的。

4．逸出功：使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小值叫作这种金属的逸出功，用W0表示。不同种类的金属，其逸出功的大小不相同。

5．光电效应经典解释

(1)不应存在截止频率。

(2)遏止电压Uc应该与光的强弱有关。

(3)弱光照射时电子获得逸出表面所需的能量需要的时间应远远大于实验中产生光电流的时间。

如图所示是研究光电效应的电路图。

【问题】

(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？

提示：(1)说明发生了光电效应现象。

(2)电压表、电流表的示数均增大，当电流增大到一定值后，滑动变阻器的滑片再向右移动，电流也不再增大。说明存在饱和电流。

(3)电压表示数增大，电流表示数减小，最后电流表的示数可能减小到0。说明存在遏止电压。

(4)同一频率的光，遏止电压相同；不同频率的光，遏止电压不同。

1．四个概念

(1)光电子的初动能与光电子的最大初动能

①光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能。

②只有金属表面的电子可以直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。

(2)光子的能量与入射光的强度

光子的能量即每个光子的能量，其值为ε＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定。入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量hν与入射光子数n的乘积，即光强等于nhν。

(3)光电流和饱和电流

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，在一定的光照条件下，饱和电流与所加电压大小无关。

(4)光的强度与饱和电流

饱和电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的。对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。

2．两条线索、两个关系

(1)两条线索

(2)两个关系

光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；

光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。

【典例1】　如图所示为一真空光电管的应用电路，关于电路中光电流的饱和值，下列说法正确的是(　　)

A．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率

B．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度

C．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于光电管所加的正向电压的大