第4章 2 光电效应(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

2　光电效应

[学业要求]

1．知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律。

2．理解爱因斯坦的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。

3．了解光的波粒二象性。

一、光电效应的实验规律

阅读教材，并回答：

1．教材节首“问题”实验中验电器指针张开

(1)这个现象说明了什么？

(2)这是一种什么现象呢？如何描述？

答案：(1)(2)略

2．教材图4.2­1实验中

(1)按图连接的电路，A、K两端的电压成为正向电压，起到什么作用的呢？不加正向电压电路中有电流吗？

(2)保持光照条件不变，调节滑动变阻器逐渐加大两极之间的电压，电流会怎样变化？

(3)若当A接负极，K接正极时，保持光照条件不变，逐渐加大两极之间的电压，电流会怎样变化？

答案：(1)使电子向A极加速　有

(2)电流增大到一定值不再增大

(3)电流可减小到0

[概念·规律]

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)每种金属都有一个截止频率：当入射光的频率减小到某一数值νc时，光电流消失，νc称为截止频率。

(2)存在__饱和__电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流就越大。这表明对于一定频率(颜色)的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。

(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。

(4)光电效应具有__瞬时性__：光电效应几乎是瞬间发生的，从光照射到产生光电流的时间不超过10－9s。

4．逸出功：使电子脱离某种金属所做功的__最小值__。不同金属的逸出功不同。

二、爱因斯坦的光子说与光电效应方程

阅读教材，并回答：

1．本节教材“思考与讨论”，怎样解释？

答案：温度不很高时，电子不能大量逸出，是因为受到原子核的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。

2．发生光电效应时电子从金属中挣脱出来，具有的动能相同吗？

答案：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；只有金属表面的电子直接向外飞出时，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。

[概念·规律]

1．光子说：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且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hν，这些能量子被称为__光子__。

2．爱因斯坦的光电效应方程

(1)表达式：__hν__＝Ek＋W0或Ek＝__hν__－W0。

(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于克服金属的__逸出功__，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek。

三、康普顿效应

1．光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播__方向__发生改变，这种现象叫作光的散射。

2．在研究石墨对X射线的散射时发现：有些散射波的波长比入射波的波长略大。康普顿认为这是因为光子不仅具有能量，而且具有__动量__。因此康普顿效应也证明了光具有__粒子性__。

3．光子的动量可以表示为p＝　　。

四、光的波粒二象性

1．光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有__波动性__。

2．光电效应和康普顿效应说明光具有__粒子性__。

3．光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的__波粒二象性__。

1．下列说法正确的是(　　)

A．任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应

B．金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关

C．逸出功的大小与入射光无关

D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比

答案　C

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的光照射金属的表面，光电子的最大初动能Ek＝　h－W0　。(已知普朗克常量为h，光速为c)

探究点一　光电效应现象及其实验规律

[交流讨论]

1．光电流为什么会饱和呢？结合图示解释。

答案：在一定的光照情况下，产生的光电子数量是一定的。电压比较小时，光电子往任何方向运动的都有，只有一部分会打到A板；电压增大之后，如果所有从K极逸出的光电子都打到了A板，光电流就饱和。

2．教材图4.2­1实验中，保持光照条件不变，对调电源的正负极，电压为0时电流为0吗？逐渐加大两极之间的电压，到达某一临界数值后，电流表读数为什么为零？结合图示解释。

答案：U＝0时，I≠0，因为电子有初速度；加反向电压，如图所示：光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子做减速运动。若mevc2＝eUc，则I＝0，式中Uc为遏止电压。

3．加了遏止电压后，如果再增大入射光的强度，电路中会有光电流吗？减弱光的强度，遏止电压会减小吗？