第1讲 光电效应
[目标定位] 1.了解光电效应和光电效应的试验规律及应用.2.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，并会用来解决简洁的问题．
一、光电效应的产生
1．光电效应现象
在光的照射下电子从物体表面逸出的现象称为光电效应，从金属表面逸出的电子叫做光电子．
2．光电效应试验规律
(2)产生光电效应时，单位时间内逸出金属表面的电子数与光的强度有关；光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多．
(3)从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔很短，通常可在10－9 s内发生光电效应．
想一想 紫外线灯照射锌板，为什么与锌板相连的验电器指针张开一个角度？
答案 紫外线灯照射锌板，发生光电效应现象，锌板上的电子飞出锌板，使锌板带正电，与锌板相连的验电器也会因而带正电，使得验电器指针张开一个角度．
二、光电效应的理论解释
1．光子说：光由个数有限、分立于空间各点的光子组成，频率为ν的光子能量为hν.
2．爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：hν＝W＋mv2.
(2)各量的意义：hν表示一个光子的能量，W表示金属的逸出功，mv2表示光电子的最大初动能．
三、光电效应的应用
1．光电开关：把握电路的接通或断开．
2．光电成像：原理是利用光电效应将光信号转化成电信号，然后再将电信号转化成光信号．例如：红外线成像．
3．光电池：硅半导体太阳电池．5.1假期2022放假安排表
想一想 电子的最大初动能与入射光的频率成正比吗？
答案 依据爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋mv2，mv2与入射光的频率成一次函数关系，并不是正比函数关系.
一、光电效应现象
1．光电效应的实质：光现象电现象．
2．光电效应中的光包括不行见光和可见光．
3．光电子：光电效应中放射出来的电子，其本质是电子．
例1 一验电器与锌板相连(如图1所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持肯定偏角．
图1
(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(选填“增大”、“减小”或“不变”)．
(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观看到验电器指针________(选填“有”或“无”)偏转．
答案 (1)减小 (2)无
解析 当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转．当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小．使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外光比黄光的频率还要低，更不行能使锌板发生光电效应．能否发生光电效应与入射光的强弱无关．
二、光电效应的试验规律
1．光电效应的三个规律
(1)任何一种金属都有一个极限频率νc，入射光的频率必需大于或等于νc，才能产生光电效应，与入射光的强度及照射时间无关．
(2)当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关．
(3)光电效应几乎是瞬时的，发生的时间一般不超过10－9 s.
2．把握三个概念的含义
(1)入射光频率打算着能否发生光电效应和光电子的最大初动能．
(2)入射光的强度打算着单位时间内放射的光电子数．
(3)饱和光电流打算于单位时间内放射的光电子数．
3．逸出功
使电子脱离某种金属表面所做功的最小值，用W表示，不同金属的逸出功不同．
4．光电效应与光的电磁理论的冲突
按光的电磁理论，应有：
(1)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．
(2)不存在极限频率，任率的光都能产生光电效应．
(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于10－9 s.
例2 利用光电管争辩光电效应试验，如图2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( )
图2
A．用紫外线照射，电流表不肯定有电流通过
B．用红光照射，电流表肯定无电流通过
C．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到M端时，电流表中肯定无电流通过
D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向N端滑动时，电流表示数可能不变
答案 D
解析 因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中肯定有电流通过，选项A错误；因不知阴极K的极限频率，所以用红光照射时，不肯定发生光电效应，所以选项B错误；即使UAK＝0，电流表中也有电流，所以选项C错误；当滑动触头向N端滑动时，UAK增大，阳极A吸取光电子的力量增加，光电流会增大，当全部光电子都到达阳极A时，电流达到最大，即饱和电流．若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大UAK，光电流也不会增大，所以选项D正确．
针对训练1 入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持
不变，那么( )
A．从光照至金属表面上到放射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B．逸出的光电子的最大初动能将减小
C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将削减
D．有可能不发生光电效应
答案 C
解析 发生光电效应几乎是瞬时的，选项A错误；入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目削减，频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误；入射光子的数目削减，逸出的光电子数目也就削减，故选项C正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D错误．
三、光电效应方程的理解与应用
1．光电效应方程实质上是能量守恒方程
能量为E＝hν的光子被电子吸取，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引做功，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．假如克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，依据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0.
2．光电效应方程包含了产生光电效应的条件
若发生光电效应，则光电子的最大初动能必需大于零，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>＝νc，而νc＝恰好是光电效应的极限频率．
3．Ek－ν曲线
如图3所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．
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