182光电效应
发生光电效应的条件公式
发生光电效应的条件公式
光电效应是指光子与物质相互作用，使物质中的电子从束缚态跃迁到自由态，形成电子流的现象。
它在现代物理学和工程技术中有着重要的应用。
要想发生光电效应，需要满足以下条件：
1. 光子能量大于物质表面的逸出功
逸出功指的是从固体表面逸出一个电子所需要的最小能量。
当光子的能量大于逸出功时，就能够将电子从物质表面逸出，形成电子流。
逸出功与物质的性质有关，不同物质的逸出功也不同。
2. 光子的频率足够高
光子的能量与频率成正比，频率越高，能量越大。
当光子的频率足够高时，就能够与物质相互作用，使物质中的电子跃迁到自由态。
因此，光子的频率也是发生光电效应的重要因素。
3. 光线必须足够强
光线的强度也是影响光电效应的重要因素。
当光线足够强时，就能够提供足够的光子，使电子从物质表面逸出，形成电子流。
因此，弱光线很难发生光电效应。
4. 物质表面必须光洁
物质表面的光洁度也会影响光电效应的发生。
当物质表面不光洁时，
会产生散射现象，使光线无法集中到一个点上，从而影响光电效应的发生。
要想发生光电效应，需要满足以上四个条件。
光电效应在半导体器件、光电传感器等领域有着广泛的应用，对于现代科技的发展也起到了重要的推动作用。
光电效应教学课件
光电效应中的动能定理 和反比例定律
解释与动能相关的重要公式， 以及光电子能量与频率的关系。
光电效应在物理学中的应用
1
光电效应在太阳能利用中的应用
探索如何利用光电效应将太阳能转化为可用能源。
2
光电效应在光电子学中的应用
探索光电子学领域中利用光电效应的种种应用，如光电探测和光电转换器件。
3
光电效应在原子物理学和量子力学中的应用
解释光电效应的两种观点， 帮助理解光与物质相互作 用的机制。
光电效应的实验装置 和原理
介绍实验中常用的装置和 测量原理，探索光子与电 子的相互作用过程。
光电效应的特点与规律
光电效应的特殊性质和 规律
深入研究光电效应的一些奇特 特性和遵循的物理规律。
光电效应中的一些重要 参数及其影响因素
探讨影响光电效应的参数，如 光强、波长和金属表面特性。
光电效应与其他物理现象的关系
光电效应与光谱学的关系
探讨光电效应与光谱学之间的 联系和相互作用。
光电效应与带电粒子的 运动类比
将光电效应与带电粒子的运动 进行对比和类比，加深理解。
光电效应与布拉格衍射 的对应关系
研究光电效应和布拉格衍射之 间的相似性及其在物理学中的 应用。
研究光电效应对原子结构和量子力学理论的重要影响。
光电效应实验
光电效应实验的基本 方法和注意事项
指导学生进行光电效应实 验时的基本步骤和实验注 意事项。
光电效应实验的数据 处பைடு நூலகம்和实验结果分析
教授如何处理实验收集到 的数据，并对实验结果进 行深入分析。
光电效应实验中的误 差与精度控制
介绍实验中常见误差来源 和如何控制误差，提高实 验精度。
光电效应公式总结高中
光电效应公式总结高中在高中物理的学习中，光电效应可是个相当重要的知识点，其中涉及的公式更是我们解题的关键武器。
先来说说光电效应的基本概念吧。
简单来讲，光电效应就是指在光的照射下，金属表面会发射出电子的现象。
这就好比是光给了金属表面的电子一股神秘的力量，让它们“挣脱束缚”，跑了出来。
咱们重点要掌握的光电效应公式有两个。
一个是爱因斯坦光电效应方程：$E_{k} = h\nu - W_{0}$ 。
这里的$E_{k}$表示光电子的最大初动能，$h$是普朗克常量，$\nu$是入射光的频率，$W_{0}$则是金属的逸出功。
这个公式告诉我们，光电子的最大初动能跟入射光的频率和金属的逸出功有着密切的关系。
另一个重要公式是截止频率的公式：$\nu_{c} = \frac{W_{0}}{h}$ 。
截止频率就是能让光电效应刚好发生的入射光的最小频率。
为了让大家更好地理解这些公式，我给大家讲个我自己的经历。
有一次，我在给学生们讲光电效应的课，有个学生一脸迷茫地问我：“老师，这光电效应到底有啥用啊？”我笑了笑，从兜里掏出了手机，跟他说：“你看，咱们这手机的摄像头，能拍照能录像，靠的就是光电效应把光变成电信号啊。
还有太阳能电池板，也是利用光电效应把光能转化为电能的。
”那孩子眼睛一下子亮了起来，好像突然明白了这看似抽象的知识其实就在我们身边。
在解题的时候，咱们得先判断题目给出的条件，看看是让求光电子的最大初动能，还是求逸出功或者截止频率。
比如说，如果题目告诉你入射光的频率和金属的逸出功，让你求光电子的最大初动能，那直接代入爱因斯坦光电效应方程就能算出来。
再比如说，如果告诉你某种金属能发生光电效应的最小频率，让你求它的逸出功，那这时候就得用到截止频率的公式啦。
总之，掌握好光电效应的公式，再结合题目中的具体条件，认真分析，就能轻松解决相关的问题。
光电效应公式虽然重要，但也别被它们吓住。
多做几道练习题，多想想实际生活中的例子，慢慢地就能熟练运用啦。
光电效应_爱因斯坦方程
A
v
15
四 光的波粒二象性
(1) 波动性：光的干涉和衍射等 (2) 粒子性：光电效应、康普顿散射等 光子在相对论中能量和动量关系
S Nh
显然，光强越大（S大），单位时间入射到金属表面的光子数N 越大，获得光子的电子数也越多即光电子数与光强成正比。 12
(2) 解释光电子的初动能与入射频率有关， 而与入射光光强无关。 束缚 当光照射到金属内部的电子它一 电子 次吸收了一个能量为 hv 的光子， 在上升到表面时将失去一部分能 量A，依能量守恒定律：
依动量守恒：
m0 v h i i 2 2 C 1 v / c
v
h
2 4 h2 2 m0 C
矛 盾
一个不能同时遵守能量守恒和动量守恒的过程是不能实现 的，故光与自由电子的相互作用只能以弹性碰撞的方式进行 29
综上所述，物理模型应该具有： 光子
0
y
v0 0
电子
y
x
光子
2 A h 0
1 hc hc 2 e U a mv max 2 0
1 1 ( ) 10 10 4000 10 6600 10 6.63 10 34 3 108
v
2( h A) m
2 hc hc ( ) m 0
1.96 1020 J
(2)
Ek E A (2.76 2.28)e V 0.48e V
hc 5.18 107 m 518nm E
《光电效应》课件
实验结果表明，当光的波长增 加时，光子的能量降低，电子 的动能减小，无光电子发射。
实验结果证明了爱因斯坦的光 电效应公式和光的粒子性理论 的正确性。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
03
光电效应的应用
太阳能电池
太阳能电池是利用光电效应将太 阳光转换为电能的装置。
太阳能电池的原理是当太阳光照 射在半导体材料上时，光子能量 激发电子从束缚状态进入自由状
光电材料的应用
新型光电材料在太阳能电池、光电传感器、光电器件等领域 具有广泛的应用前景。
光电转换效率的提高
光电转换技术
目前，光电转换技术正朝着高效、低 成本、环保的方向发展，以提高光电 转换效率。
光电转换效率的瓶颈
虽然光电转换效率已经取得了一定的 提高，但仍存在一些瓶颈，如光吸收 、载流子输运等问题需要解决。
光电效应的实验研究
实验目的和实验原理
实验目的
通过实验研究光电效应现象，深入理 解光子与物质相互作用的过程，探究 光电效应的规律。
实验原理
光电效应是指光子照射在物质表面时 ，光子能量被吸收后，物质内部的电 子吸收能量并从束缚状态跃迁至自由 状态，形成光电流的现象。
实验设备和实验步骤
实验设备：光电效应实验装置、光源、电流表 、电压表等。
当光子撞击物质表面时，能量被吸收并传递给电子，使电子获得足够的能量逃离物 质表面。
电子的发射机制包括逸出功和光子能量两个关键因素，逸出功是指电子从物质表面 逸出所需的最低能量，光子能量是指光子的能量值。
随着光子能量的增加，光电效应的发生概率增加，电子的动能也相应增加。
光电效应的实验验证
光电效应公式总结
光电效应公式总结光电效应是物理学中一个重要概念，也是应用物理学中最基本的原理之一。
这种效应是研究光与电流及电压之间的作用的一种现象，是实现太阳能和太阳能电池发电的基础。
这篇文章将从光学原理的角度出发，介绍光电效应的基本概念、相关原理、物理公式以及常见用途，为深入研究光电效应提供一个理论基础。
一、基本概念光电效应是指光照射某种物质时产生电动势，或者是某种物质放出光照射其他物质时产生电动势。
它是光与电子之间相互作用的结果，是光能转化为电能和电能转化为光能的过程。
光电效应是由一些现象引起的，这些现象可以分为两大类：电离效应和重组效应。
1.1离效应光照射某种物质时，可以将里面的电子由原子内部转移到原子外部，使原子处于静电中态。
当多个电子被电场分离开来，原子便处于电离态，这就产生了电离效应。
1.2组效应光照射某种物质时，有一部分电子会脱离原子，另一部分电子则会被光能所吸引，从而将原子重组。
当被光能吸引到的电子重新回到原子中时，就产生了重组效应。
二、相关原理光电效应原理实质上是指光照射某种物质时，物质里的电子所受的影响。
光照射的波长短的电磁波会把物质里的电子吸引到电场外，从而在物质内部产生电场，而波长长的电磁波则会把外部的电子吸引到物质内部，从而产生磁场。
三、物理公式根据光电效应的物理原理，可以推导出以下几个常见的物理公式：（1）离效应E=hv，其中，E表示电子脱离原子所需要的能量，h表示普朗克常数，v表示光子的能量；（2）组效应ΔE=hf，其中，ΔE表示电子从外部进入物质所需的能量，h表示普朗克常数，f表示光子的频率；（3）压V=E/q，其中，V表示电压，E表示物质内电场的强度，q表示电荷的数量；（4）流I=V/R，其中，I表示电流，R表示电阻，V表示物质内电场的强度。
四、常见用途光电效应是应用物理学中重要的概念，它能够转化能量，在应用中发挥着重要作用。
光电效应应用广泛，像太阳能电池、玻璃晶体、太阳灯、太阳能蓄能系统等都能够利用光电效应实现能量转换。
光电效应—搜狗百科
光电效应—搜狗百科光束里的光子所拥有的能量与光的频率成正比。
假若金属里的自由电子吸收了一个光子的能量，而这能量大于或等于某个与金属相关的能量阈（阀）值（称为这种金属的逸出功），则此电子因为拥有了足够的能量，会从金属中逃逸出来，成为光电子；若能量不足，则电子会释出能量，能量重新成为光子离开，电子能量恢复到吸收之前，无法逃逸离开金属。
增加光束的辐照度会增加光束里光子的“密度”，在同一段时间内激发更多的电子，但不会使得每一个受激发的电子因吸收更多的光子而获得更多的能量。
换言之，光电子的能量与辐照度无关，只与光子的能量、频率有关。
被光束照射到的电子会吸收光子的能量，但是其中机制遵照的是一种非全有即全无的判据，光子所有能量都必须被吸收，用来克服逸出功，否则这能量会被释出。
假若电子所吸收的能量能够克服逸出功，并且还有剩余能量，则这剩余能量会成为电子在被发射后的动能。
逸出功 W 是从金属表面发射出一个光电子所需要的最小能量。
如果转换到频率的角度来看，光子的频率必须大于金属特征的极限频率，才能给予电子足够的能量克服逸出功。
逸出功与极限频率 v0之间的关系为W=h*v0其中，h是普朗克常数，是光频率为h*v0 的光子的能量。
克服逸出功之后，光电子的最大动能 Kmax 为Kmax=hv-W=h（v-v0）其中，hv 是光频率为 v的光子所带有并且被电子吸收的能量。
实际物理要求动能必须是正值，因此，光频率必须大于或等于极限频率，光电效应才能发生。
光电效应原文关于光的产生和转化的一个启发性观点爱因斯坦1905年3月在物理学家关于气体或其他有重物体所形成的理论观念同麦克斯韦关于所谓空虚空间中的电磁过程的理论之间，有着深刻的形式上的分歧。
这就是，我们认为一个物体的状态是由数目很大但还是有限个数的原子和电子的坐标和速度来完全确定的；与此相反，为了确定一个空间的电磁状态，我们就需要用连续的空间函数，因此，为了完全确定一个空间的电磁状态，就不能认为有限个数的物理量就足够了。
光电效应公式总结
光电效应公式总结光电效应是一种物理现象，它描述了物体受到光照射时中子及电离子的产生。
它可以分为两种不同类型：直接光电效应和间接光电效应。
这两种效应有多种形式，包括法拉第效应、费米效应、晶体管效应等。
在这些效应中，它们都具有一些共同的特征，如影响和改变材料的性质，以及产生电子的能力，因此它们的应用也广泛。
法拉第效应是最早被发现的光电效应，从1839年起，法拉第就研究了物体受到光照射后，电荷转移的现象。
根据法拉第的研究，光的强度与电流之间的关系可以用如下的光电效应公式总结：I=I0[1+b(E/E0)^n]在这个公式中，I表示磁场可以导致电流流动的电流，I0表示室温没有背景照明或外部电场时的电流，E表示外部照明强度，E0表示环境照明强度，b表示把光照射到物体上后电流增加的百分比，n表示受到照明时电流增加的指数。
费米效应是另一种光电效应，它是由意大利物理学家费米1949年发现的。
费米效应的工作原理是：在电场的作用下，材料中的电荷转移，因此产生静电势和电流。
由于静电势平衡电场，因而可以定义费米效应公式：V=VE*ln[(E+E0)/E0]在这个公式中，V表示材料中电子所受力的大小，VE表示材料中电子所受力的媒介值，E表示材料受到的光照射的强度，E0表示背景照明的光照射的强度。
最后，晶体管效应是晶体管中产生的一种光电效应。
这种效应可以用以下公式表示：I=I1+I2E在这个公式中，I表示晶体管的电流，I1表示没有外部照明下的晶体管的电流值，I2表示外部照明对晶体管电流的影响，E表示外部照明的强度。
总之，光电效应是光与物体产生电荷转移的一种相互作用。
它有多种形式，如法拉第效应、费米效应和晶体管效应等。
它们都使传统电子技术得以发展，并有广泛的应用。
与此同时，它们的光电效应公式也是受到关注的重要方面，它有助于深入理解光电效应，为实际应用提供重要依据。
《光电效应》课件2
05
光电效应的理论模型
光子与物质的相互作用
光子与物质中的原子 或分子相互作用，导 致电子从束缚态跃迁 至自由态。
光电效应的发生取决 于光的强度和光的波 长。
光的频率决定了光子 的能量，而光子的能 量决定了电子跃迁所 需的能量。
量子力学模型
量子力学模型描述了光与物质相互作 用的过程，解释了光电效应的产生机 制。
通过求解光电子的运动方程， 可以预测电子的能量、速度和 方向等性质。
06
光电效应的发展前景
新型光电材料的研究
新型光电材料的探索
科研人员正在不断探索新型光电材料 ，以寻找具有更高光电转换效率的物 质。
材料性能的优化
通过对现有光电材料的性能进行优化 ，提高其光电转换效率和稳定性，以 满足不同应用场景的需求。
当光子与物质中的原子或分子相互作 用时，光子的能量被原子或分子吸收 ，导致电子从束缚态跃迁至自由态。
量子力学模型认为光是由粒子（光子 ）组成的，每个光子具有能量和动量 。
光电子的运动方程
光电子的运动方程描述了电子 在光电效应中的运动状态和行 为。
光电子的运动方程包括电子的 动能、势能以及它们之间的相 互作用力。
光电子学是研究光子与电子相互作用的科学， 广泛应用于光通信、光计算、光传感等领域。
04
光电效应的实验研究
光电效应的实验设备
光源
提供光子，通常使用可见光、 紫外线和红外线等不同波长的
光源。
光电接收器
检测电子，通常使用光电倍增 管或硅光电池等设备。
电流表
测量产生的电流。
恒流电源和恒压电源
为光电接收器提供稳定的电流 或电压。
光电效应的实验步骤
准备实验器材
光电效应公式总结
光电效应公式总结光电效应是一种由光束（光线）诱发的物理效应，它涉及光与电、磁时空关系，解释了光作用规律，在物理、化学、电子学等学科中都起到重要的作用。
本文将从光电效应的基本原理出发，对目前光电效应的公式总结做出概括性的介绍。
首先，我们需要从发现光电效应的入手，光电效应首先是由法国物理学家安德烈伏打发现的，他发现，在磁场中，若将同一种金属材料以一定的倾斜角度放置，那么便可以通过光的折射现象，使电荷在材料的表面处产生不均匀的分布，即光电效应。
在这个实验中，法国物理学家伏打发现了电荷的分布与光的折射角度之间的联系，从而推导出了光电效应的公式，即伏打公式：F=E_e×cos其中，F为产生的电力，E_e表示透射光能量，θ表示折射角度。
接下来，我们来讲解一下哈伦公式：F=E_e×(1+cos)该公式比伏打公式更为精确，它把由折射角度产生的电力分为两个部分：一部分是透射光能量所产生的，另一部分是反射光能量所产生的。
其中，E_e表示透射能量，θ表示折射角度。
此外，也有一种由加拿大物理学家拉朱特（P.J. Lazort）提出的拉朱特公式：F=E_e×K×cos其中，K为拉朱特调整参数，用来调整调整因子，它能够更准确的描述光线的折射和反射。
最后是贝克尔公式，它由波尔克物理学家贝克尔提出。
F=E_e×K×cos×cosφ其中，K为贝克尔调整参数，φ为反射角度，用来描述反射角度对光电效应的影响。
以上是关于光电效应公式总结的文章，本文从公式的历史出发，分别介绍了伏打、哈伦、拉朱特、贝克尔四种公式，以便读者能更加深入的了解光电效应公式。
总之，光电效应是一种重要的物理效应，涉及光与电、磁时空关系，它推动了光学和物理学的发展。
因此，它也是学术界关注的焦点，上述介绍的光电效应公式也是用于研究光电效应的基础。
光电效应的原理与应用
构建量子纠缠态：通 过光电效应产生光子 纠缠，实现量子通信 中的信息传递
实现量子隐形传态： 利用光电效应将量子 态的信息从一个粒子 转移到另一个粒子
增强量子通信的稳定性： 光电效应可以检测光子 的状态，从而增强量子 通信的稳定性
光电效应的研究进 展
当前研究重点：探 索光电效应的微观 机制和新型光电材 料
最新进展：利用光 电效应实现高效太 阳能电池和光电器 件
未来趋势：光电效 应在新能源、光通 信等领域的应用前 景
挑战与问题：光电 效应研究面临的理 论和实验难题
光电效应在光电器件中的应 用
光电效应在太阳能电池中的 应用
光电效应在光子晶体材料中 的应用
光电效应在新型光敏材料中 的应用
光电效应在生物医学领 域的应用研究，主要涉 及光动力疗法、光热疗 法和光遗传学等领域。
光电子器件：利用光电 效应实现高速、低功耗 的光电子器件，如光电 倍增管、光电传感器等。
光电信息传输：利用光 电效应实现速、大容 量的光信息传输，如光 纤通信、光存储等。
光电信息处理：利用光 电效应实现高速、高精 度的光信息处理，如光 学图像处理、光计算等 。
光电显示技术：利用 光电效应实现高清晰 度、高亮度的光电显 示技术，如液晶显示 、有机电致发光显示 等。
空气质量监测： 通过光电效应测 量空气中的颗粒 物、气态污染物 等，为环境保护 提供数据支持。
生态保护：利用 光电效应监测生 物体内的荧光物 质，研究生物发 光现象，为生态 保护提供新的视 角。
能源利用：光电 效应在太阳能电 池等领域的应用， 为可再生能源的 利用提供了技术 支持。
光电效应的未来展 望
太阳能电池的组成：硅片、电极、导电线路等。
工作原理：当太阳光照射在硅片上时，光子能量使硅原子中的电子获得足够能量，从而 产生电流。
光电效应公式总结
光电效应公式总结光电效应是一种沿着金属表面从光到电的机械效应，它的存在和发现早在20世纪初就已经被科学家们所认识。
它的特性是在金属表面上放射足以使金属表面电子有敏感的物理反应的光能量，从而产生电流的流动。
光电效应重要的科学应用之一是太阳能电池，它具有光电效应，以及将太阳能变为电能的能力。
根据物理学家们研究光电效应多年来提出的理论，光电效应能够让绝缘体表面的电场发生改变，产生电流，并用公式来表达，如下： E = hν其中，E表示绝缘体表面电场强度，h是光子能量，ν是太阳光中光子的频率。
另一个关于光电效应的重要表达式是关于金属表面电场强度的表达式，即：F = eσA这里，F表示金属表面电场强度，e是电子的电荷量，σ是金属表面电电阻率，A是金属表面积。
此外，根据物理学家们提出的电场产生的伏安法则，光受到的电场可以用公式表达为：V=EIr其中，V表示电场强度，E表示绝缘体表面电场强度，I表示电流，r表示半径。
以上三个公式是光电效应最重要的表达式。
根据上述三个公式，可以得知，光电效应的效果受到太阳光的能量和频率的影响，同时它的效果受到金属表面的电电阻率、表面积以及电子的电荷量的影响。
此外，光电效应的发现对于太阳能电池及其他相关技术的发展有着重要意义。
太阳能电池有着多种类型，其原理是利用光电效应将太阳光中的能量转换成电能。
由于太阳能电池采用了先进的物理学原理，它具有高效率，低维护成本，无污染等优点，因此被广泛应用于建筑、农业、制造业，甚至航空航天等多个领域。
综上所述，光电效应的研究和发现，不仅使得太阳能电池能够大量应用于诸多领域，而且这种物理现象也可以被用于制作照明设备、计算机学习和其他电子设备等。
因此，光电效应的研究对与新能源、新技术，以及将太阳能变为电能的研究有着重要意义。
光电效应相关公式
光电效应相关公式好嘞，以下是为您生成的关于“光电效应相关公式”的文章：咱先来说说光电效应，这可是物理学中一个相当有趣的现象。
光电效应，简单来讲，就是当光照射到金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量，然后“嗖”地一下飞出来。
这就引出了一系列跟它有关的公式。
咱先看看最基础的，爱因斯坦光电效应方程：$E_{k} = h\nu -W_{0}$ 。
这里的 $E_{k}$ 表示光电子的最大初动能，$h$ 是普朗克常量，$\nu$ 是入射光的频率，$W_{0}$ 则是金属的逸出功。
就好比有一天，我在实验室里做光电效应的实验。
我把一束特定频率的光打到金属板上，然后瞪大眼睛盯着检测仪器，心里一直在嘀咕：“到底啥时候能看到电子飞出来啊？”等了一会儿，仪器上终于有了反应，那一刻的兴奋劲儿，就像自己发现了新大陆。
逸出功这个概念也很关键。
不同的金属，逸出功是不一样的。
就好像不同的人，有的胆子大，有的胆子小。
金属要让电子跑出来，就得克服这个“胆小”的劲儿，也就是逸出功。
光电流强度公式：$I = neSv$ ，其中 $n$ 表示单位体积内的自由电子数，$e$ 是电子电荷量，$S$ 是导体横截面积，$v$ 是自由电子定向移动的平均速率。
想象一下，电子们就像一群调皮的小孩子，在金属里到处乱跑。
光一来，它们就有了方向，一股脑地朝着一个方向冲，形成了电流。
频率和波长的关系：$\lambda = \frac{c}{\nu}$ ，其中 $\lambda$ 是波长，$c$ 是真空中的光速。
这就好比在一条长长的跑道上，光以固定的速度奔跑，频率决定了它“步子”的大小，波长则是它“一步”的长度。
还有遏止电压和最大初动能的关系：$eU_{c} = E_{k}$ ，这里的$U_{c}$ 就是遏止电压。
做实验的时候，通过调节电压，观察电流的变化，就能找到这个遏止电压。
那感觉就像是在和这些看不见的电子“斗智斗勇”，试图抓住它们的小辫子。
光电效应的这些公式，虽然看起来有点复杂，但只要咱们把它们和实际的现象联系起来，理解起来就容易多啦。
8-2 光电效应
mn 1.67 10
慢中子的德布罗意波长
3 kT 3.85 10 2 eV 2 27
kg
24
p 2mn 4.54 10
kg m s
1
h 0.146nm p
微观粒子在某些 条件下表现出粒子 性，在另一些条件 下表现出波动性， 而两种性质虽寓于 同一客体体中，却 不能同时表现出来。 少女？ 老妇？ 两种图象不会同时 出现在你的视觉中。
镍晶体
d 2.15 1010 m 2 10 d sin 1.65 10 m
h me v h 1.67 10 10 m 2me Ek
电子波的波长
1 d sin kh 2emU
kh 1 sin d 2emU
sin 0.777k
例1 波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上. 求 （1）这种光的光子能量 （2）光电子逸出钠表面时的动能； （3）若光子的能量为2.40eV，其波长为多少？
hc 19 解 （1） E h 4.42 10 J 2.76eV
（2）Ek
E W (2.76 2.28)eV 0.48eV
§8.3 粒子的波动性
光(波)具有粒子性，那么实物粒子具有波动性吗?
法国物理学家德布罗意
（Louis Victor de Broglie 1892 – 1987 )
思想方法 自然界在许多方 面都是明显地对称的，他采用类 比的方法提出物质波的假设 .
“整个世纪以来，在辐射理论上，比起波动的研究方法来， 是过于忽略了粒子的研究方法； 在实物理论上，是否发生 了相反的错误呢 ？ 是不是我们关于‘粒子’的图象想得太 多 ，而过分地忽略了波的图象呢？”
光电效应(含解析)
光电效应1. 知识详解：知识点1 光电效应和波粒二象性1．光电效应的实验规律(1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，饱和光电流越大．(2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应．使光电流减小到零的反向电压叫遏止电压．(3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9s.2．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ε＝h ν，其中h ＝6.63×10－34J ·s.3．光电效应方程(1)表达式：h ν＝E k ＋W 0或E k ＝h ν－W 0.(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k ＝12mv 2.4．光的波粒二象性(1)波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性． (2)粒子性：光电效应、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．5．物质波(1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波． (2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝h p，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量．易错判断(1)光子说中的光子，指的是光电子．(×)(2)只要光足够强，照射时间足够长，就一定能发生光电效应．(×) (3)极限频率越大的金属材料逸出功越大．(√)知识点2 α粒子散射实验与核式结构模型1．实验现象绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被撞了回来．如图所示．α粒子散射实验的分析图2．原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．易错判断(1)原子核集中了原子全部的正电荷和质量．(×) (2)原子中绝大部分是空的，原子核很小．(√)(3)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的．(√)知识点3 氢原子光谱和玻尔理论1．光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． (2)光谱分类：①线状谱光谱是一条条的亮线． ②连续谱光谱是连在一起的光带．(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2(n ＝3,4,5，…)，R 是里德伯常量，R ＝1.10×107 m －1，n 为量子数． 2．玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即h ν＝E m －E n (h 是普朗克常量，h ＝6.63×10－34J ·s)． (3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．3．氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图能级图如图所示． (2)氢原子的能级公式E n ＝1n 2E 1(n ＝1,2,3，…)，其中E 1为基态能量，其数值为E 1＝－13.6_eV.(3)氢原子的半径公式r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，其中r 1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r 1＝0.53×10－10 m.易错判断(1)在玻尔模型中，原子的状态是不连续的．(√) (2)发射光谱可能是连续光谱，也可能是线状谱．(√)(3)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱．(×)2.题型分析：一、对光电效应的理解1．与光电效应有关的五组概念对比(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子．光子是因，光电子是果．(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：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的情况，才具有最大初动能．(3)光电流和饱和光电流：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，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量．(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系．2．两条对应关系：入射光强度大→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→光电子的最大初动能大．例1．关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是( )A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫作光子B．康普顿效应说明光具有波动性C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关D．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应D[光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光量子的简称，A错误；根据光电效应方程hν＝W0＋eU c可知，对于同种金属而言(逸出功一样)，入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，C错误；在石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应，康普顿效应说明光具有粒子性，B错误，D正确．]例2．(多选)光电效应的实验结论是：对某种金属( )A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大AD[每种金属都有它的极限频率ν0，只有入射光子的频率大于极限频率ν0时，才会发生光电效应，选项A正确，B错误；光电子的初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增加而增大，选项D正确，C错误．][反思总结] 两点提醒1能否发生光电效应取决于入射光的频率而不是入射光的强度.2光电子的最大初动能随入射光子频率的增大而增大，但二者不是正比关系.二、爱因斯坦的光电效应方程及应用1．三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0.(2)光电子的最大初动能E k可以利用光电管用实验的方法测得，即E k＝eU c，其中U c是遏止电压．(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc.2．四类图象图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量例3．(多选)(2017·全国Ⅲ卷)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U a和U b、光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h 为普朗克常量．下列说法正确的是( )A．若νa>νb，则一定有U a＜U bB．若νa>νb，则一定有E k a＞E k bC．若U a＜U b，则一定有E k a＜E k bD．若νa>νb，则一定有hνa－E k a＞hνb－E k b[题眼点拨]①“照射同种金属”，说明两种情况下的逸出功相同；②用E k＝hν－W0分析E k的大小，用qU＝E k分析遏止电压的大小．BC [光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU ＝E k ，根据光电效应方程可知E k ＝h ν－W 0，若νa ＞νb ，则E k a ＞E k b ，U a ＞U b ，选项A 错误，选项B 正确； 若U a ＜U b ，则E k a ＜E k b ，选项C 正确；由光电效应方程可得W 0＝h ν－E k ，则h νa －E k a ＝h νb －E k b ，选项D 错误．]例4．(多选)在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为λ、2λ的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为2∶1，普朗克常量用h 表示，光在真空中的速度用c 表示．则( )A ．光电子的最大初动能之比为2∶1B ．该金属的截止频率为c3λC ．该金属的截止频率为c λD ．用波长为52λ的单色光照射该金属时能发生光电效应BD [由于两种单色光照射下，逸出的光电子的最大速度之比为2∶1，由E k ＝12mv 2可知，光电子的最大初动能之比为4∶1，A 错误；又由h ν＝W ＋E k 知，h c λ＝W ＋12mv 21，h c2λ＝W ＋12mv 22，又v 1＝2v 2，解得W ＝h c 3λ，则该金属的截止频率为c3λ，B 正确，C 错误；光的波长小于或等于3λ时才能发生光电效应，D 正确．] [反思总结] 应用光电效应方程时的注意事项 1每种金属都有一个截止频率，入射光频率大于这个截止频率时才能发生光电效应. 2截止频率是发生光电效应的最小频率，对应着光的极限波长和金属的逸出功，即.3应用光电效应方程E k＝hν－W0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算 1 eV＝1.6×10－19 J.考向2 与光电效应有关的图象问题例5．(2018·南昌模拟)如图甲所示是研究光电效应的电路图．某同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流I与A、K两极之间的电压U AK的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图乙所示．则下列说法正确的是( )甲乙A．甲光照射光电管发出光电子的初动能一定小于丙光照射光电管发出光电子的初动能B．单位时间内甲光照射光电管发出光电子比乙光的少C．用强度相同的甲、丙光照射该光电管，则单位时间内逸出的光电子数相等D．对于不同种金属，若照射光频率不变，则逸出光电子的最大初动能与金属的逸出功为线性关系【自主思考】(1)在题图乙中，U c1和U c2的意义是什么？由此能否得出，甲、乙、丙三种光的频率关系？[提示]U c表示光电流为零时的反向电压，也就是遏止电压．此时eU c＝12mev2c，又因12mev2c＝hν－W.由以上两式得U c大的光的ν大，所以甲、乙、丙三种光的频率关系为ν丙>ν甲＝ν乙(2)光强相同的两种色光，如何比较单位时间内照射到单位面积上的光子数的多少？[提示]频率大的光子能量大，在光强相同时，单位时间内照射到单位面积上的光子数就少．D[当光照射到K极时，如果入射光的频率足够大(大于K极金属的极限频率)，就会从K极发出光电子．当反向电压增加到某一值时，电流表A中电流就会变为零，此时12mev2c＝eU c，式中v c表示光电子的最大初速度，e为电子的电荷量，U c为遏止电压，根据爱因斯坦光电效应方程可知丙光的最大初动能较大，故丙光的频率较大，但丙光照射光电管发出光电子的初动能不一定比甲光照射光电管发出光电子的初动能大，所以A错误．对于甲、乙两束频率相同的光来说，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，所以B错误．对甲、丙两束不同频率的光来说，光强相同是单位时间内照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等，由于丙光的光子频率较高，每个光子的能量较大，所以单位时间内照射到光电管单位面积上的光子数就较少，所以单位时间内发出的光电子数就较少，因此C错误．对于不同金属，若照射光频率不变，根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W，知E k与金属的逸出功为线性关系，D正确．]例6. 研究光电效应规律的实验装置如图所示，用频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生．由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动．光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出．当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压U c，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是( )B[由光电效应规律可知，光电流的强度与光强成正比，光射到金属上时，光电子的发射是瞬时的，不需要时间积累，故A、D图象正确；从金属中发出的光电子，在反向电压作用下做减速运动，随着反向电压的增大，到达阳极的光电子数减少，故C图象正确；由光电效应方程可知：hν＝hν0＋E km，而eU c＝E km，所以有hν＝hν0＋eU c，由此可知，B图象错误．][反思总结] 光电效应问题中的五个决定关系1逸出功W0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能.2入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数.3爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0.4最大初动能与遏止电压的关系：E k＝eU c.5逸出功与极限频率、极限波长的关系：W0＝hνc＝h.例7. (2017·抚州模拟)人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律．请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34 eV，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s，求该紫外线的波长λ.(电子质量M e＝9.11×10－31 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s,1 eV＝1.60×10－19 J)[解析]爱因斯坦提出的光子说很好地解释了光电效应现象．由爱因斯坦光电效应方程：E k ＝h ν－W 0 ①光速、波长、频率之间关系：c ＝λν② 联立①②得紫外线的波长为λ＝hc W 0＋12mv 2m＝ 6.63×10－34×3×1083.34×1.6×10－19＋12×9.11×10－31×1012m≈2.009×10－7 m.[答案] 爱因斯坦的光子说很好地解释了光电效应 2．009×10－7 m例8. (多选)(2017·武威模拟)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象．由图象可知( )A ．该金属的逸出功等于EB ．该金属的逸出功等于h ν0C ．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED ．入射光的频率为ν02时，产生的光电子的最大初动能为E2ABC [由爱因斯坦的光电效应方程：E k ＝h ν－W 0，对应图线可得，该金属的逸出功W 0＝E ＝h ν0，A 、B 均正确；若入射光的频率为2ν0，则产生的光电子的最大初动能E k ＝2h ν0－W 0＝h ν0＝E ，故C 正确；入射光的频率为ν02时，该金属不发生光电效应，D 错误．]例9. 某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV ，用波长为2.5×10－7 m 的紫外线照射阴极．已知真空中光速为3.0×108 m/s ，元电荷为1.6×10－19 C ，普朗克常量为 6.63×10－34J ·s ，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是( )A ．5.3×1014 Hz,2.2 JB ．5.3×1014 Hz,4.4×10－19 JC ．3.3×1033 Hz,2.2 JD ．3.3×1033 Hz,4.4×10－19 J B [由W ＝h ν0得极限频率ν0＝W 0h ＝2.21×1.6×10－196.63×10－34Hz ＝5.3×1014Hz 由光电效应方程h ν＝W 0＋E km 得E km ＝h ν－W 0＝h cλ－W 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫6.63×10－34×3.0×1082.5×10－7－2.21×1.6×10－19 J ＝4.4×10－19 J]三、对波粒二象性的理解1．对光的波动性和粒子性的进一步理解2.(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性．(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强．(3)光子说并未否定波动说，E＝hν＝hcλ中，ν和λ就是波的概念．(4)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的．例10．(2018·济南模拟)关于波粒二象性，下列说法中正确的是( )甲乙丙丁A．图甲中紫光照射到锌板上可以发生光电效应，则其他可见光照射到锌板上也一定可以发生光电效应B ．图乙中入射光的强度越大，则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大C ．图丙说明光子既有粒子性也有波动性D ．戴维孙和汤姆孙利用图丁证明了电子具有波动性D [在可见光中，紫光的频率最大，故紫光光子的能量最大，紫光照射到锌板上可以发生光电效应，但其他可见光照射到锌板上不一定发生光电效应，A 错误；入射光的强度只能改变单位时间内逸出光电子的数量，但不能增大逸出光电子的最大初动能，B 错误；光的散射揭示了光的粒子性，没有揭示光的波动性，C 错误；衍射是波特有的现象，故电子束衍射实验证明了电子具有波动性，D 正确．]例11．(2017·北京高考)2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm ＝10－9m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲，“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎．据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h ＝6.6×10－34 J ·s ，真空光速c ＝3×108 m/s)( ) A ．10－21 J B ．10－18 J C ．10－15 JD ．10－12 JB [一个处于极紫外波段的光子所具有的能量E ＝h ν＝h c λ＝6.6×10－34×3×10810－7 J ≈10－18 J ，选项B 正确．]四、氢原子能级和能级跃迁1．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子． 光子的频率ν＝ΔE h ＝E 高－E 低h.(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE.②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE.③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．2．电离电离态与电离能电离态：n＝∞，E＝0基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV电离能．n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4 eV如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能．3．谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)．(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法．①用数学中的组合知识求解：.②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加．例12．(多选)氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从n为3、4、5、6的能级直接向n＝2能级跃迁时产生的．四条谱线中，一条红色、一条蓝色、两条紫色，则下列说法正确的是( )A．红色光谱是氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时产生的B．蓝色光谱是氢原子从n＝6能级或n＝5能级直接向n＝2能级跃迁时产生的C．若氢原子从n＝6能级直接向n＝1能级跃迁，则能够产生红外线D．若氢原子从n＝6能级直接向n＝3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级直接向n＝2能级跃迁时辐射的光子将可能使该金属发生光电效应AD[从n为3、4、5、6的能级直接向n＝2能级跃迁时，从n＝3跃迁到n＝2能级辐射的光子频率最小，波长最大，可知为红色光谱，A正确；蓝光光子频率大于红光光子频率，小于紫光光子频率，可知是从n＝4跃迁到n＝2能级辐射的光子，B错误；氢原子从n＝6能级直接向n＝1能级跃迁，辐射的光子频率大于从n＝6跃迁到n＝2能级时辐射的紫光光子频率，即产生紫外线，C错误；从n＝6跃迁到n＝2能级辐射的光子频率大于从n＝6跃迁到n＝3能级辐射的光子频率，由氢原子从n＝6能级直接向n＝3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，但从n＝6跃迁到n＝2能级跃迁时辐射的光子可能使该金属发生光电效应，D正确．]例13. (2018·海口模拟)如图所示为氢原子能级图，氢原子中的电子从n＝4能级跃迁到n＝1能级可产生a光；从n＝3能级跃迁到n＝1能级可产生b光，a光和b光的波长分别为λa 和λb，a、b两光照射逸出功为4.5 eV的金属钨表面均可产生光电效应，遏止电压分别为U和U b，则( )aA．λa>λbB．U a<U bC．a光的光子能量为12.55 eVD．b光照射金属钨产生的光电子的最大初动能E k b＝7.59 eVD[氢原子中的电子从n＝4能级跃迁到n＝1能级产生a光，a光的光子能量hνa＝E a ＝E4－E1＝12.75 eV，氢原子中的电子从n＝3能级跃迁到n＝1能级产生b光，b光的光子能量hνb＝E b＝E3－E1＝12.09 eV，a光的光子能量高，则a光的频率大，波长小，即λa<λb，A、C项错误；由光电效应方程E k＝hν－W0和E k＝eU c可知，频率越大，对应遏止电压U c越大，即U a>U b，B项错误；E k b＝hνb－W0＝7.59 eV，D项正确．][反思总结] 1一个区别一个氢原子和一群氢原子能级跃迁的可能性.2两点提醒①原子能级之间跃迁时吸收或放出的光子能量一定等于两能级之间的差值.②要使氢原子发生电离，原子吸收的能量可以是大于原子该能级值的任意值.例14：氢原子跃迁时，由n＝3的激发态跃迁到基态所释放的光子可以使某金属刚好发生光电效应，则下列说法正确的是( )A．氢原子由n＝3的激发态跃迁到基态时，电子的动能减少B．氢原子由n＝3的激发态跃迁到基态时，原子的能量增加C．增加由n＝3的激发态跃迁到基态的氢原子的数量，从该金属表面逸出的光电子的最大初动能不变D．氢原子由n＝2的激发态跃迁到基态所释放的光子照射该金属足够长时间，该金属也会发生光电效应C[氢原子由激发态跃迁到基态时，释放光子，原子的能量减少，电子的动能增加，A、B错；增加跃迁氢原子的数量，不能改变释放出的光子的频率，从该金属表面逸出的光电子的最大初动能不变，C对；从n＝2的激发态跃迁到基态的氢原子，其释放的光子的频率较小，不能使该金属发生光电效应，D错．]3.小练：考查点：光的波粒二象性1．(多选)下列说法中正确的是( )A．光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说B．在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方C．光的双缝干涉实验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗纹处落下光子的概率小D．单个光子具有粒子性，大量光子具有波动性[答案]CD考查点：光电效应规律2．(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大[答案]AD考查点：玻尔理论3．氢原子由n＝1的状态激发到n＝4的状态，在它回到n＝1的状态的过程中，有以下说法：①可能激发的能量不同的光子只有3种②可能发出6种不同频率的光子③可能发出的光子的最大能量为12.75 eV④可能发出光子的最小能量为0.85 eV其中正确的说法是( )A．①③B．②④C．①④D．②③[答案]D考查点：α粒子散射实验4．(多选)在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子以不同的角度散射出来，则散射角度大的这个α粒子( )A．更接近原子核B．更远离原子核C．受到一个以上的原子核作用D．受到原子核较大的冲量作用[答案]AD4.巩固提升：光子说光电效应现象1．2016年8月16日01时40分，由我国研制的世界首颗量子科学试验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功发射升空．它的成功发射和在轨运行，不仅将有助于我国广域量子通信网络的构建，服务于国家信息安全，它将开展对量子力学基本问题的空间尺度试验检验，加深人类对量子力学自身的理解，关于量子和量子化，下列说法错误的是( )A．玻尔在研究原子结构中引进了量子化的概念B．普朗克把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念C．光子的概念是爱因斯坦提出的D．光电效应实验中的光电子，也就是光子D[由玻尔理论可知，在研究原子结构时，引进了量子化的概念，故A正确；普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，提出量子化理论，故B正确；为解释光电效应现象，爱因斯坦提出了光子说，引入了光子的概念，故C正确；光电子就是在光电效应中产生的电子，本质是金属板的电子，故D错误．]2．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是( )A．改用频率更小的紫外线照射B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间选B 某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关。
光电效应的定义及分类
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1 905 年，爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1 921 年诺贝尔物理奖。
伟大的瞬间——号称汇集全球三分之一智慧的照片
这张照片是1 927 年第五届索尔维会议(布鲁塞尔)参加者的合影。
光电效应的定义
光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电
发展历史
• 光电效应由德国物理学家赫兹于1 887 年在证明波动理论实验中首次发现，当时，赫兹发现， 两个锌质小球之一用紫外线照射，则在两个小球之间就非常容易跳过电火花。对发展量子理 论起了根本性作用。
•
1 902 年，勒纳德（Lenard)也对其进行了研究，指出光电效应是金属中的电子吸收了入射光
1905年爱因斯坦提出光子假设成功解释了光电效应因此获得1921年诺贝尔物理奖伟大的瞬间号称汇集全球三分之一智慧的照片这张照片是1927年第五届索尔维会议布鲁塞尔参加者的合影光照射到某些物质上引起物质的电性质发生变化也就是光能量转换成电
光电效应的定义及分类
Definition and classification of photoelectric effect
光电效应的分类
1 、外光电效应 —— 在光线作用下，能使电子逸出物体表面的现象称为外光电 效应，也称光电发射效应。如光电管、光电倍增管 2 、光电导效应 —— 在光线作用下，物体的电导性能改变的现象称为内光电效 应。如光敏电阻 3 、光生伏特效应 —— 在光线作用下，能使物体产生一定方向的电动势的现象 称为光生伏特效应，即阻挡层光电效应。如光电池、光敏晶体管。
内光电效应
光电效应的分类
常用光电传感器
名称
光电效应的三个公式
光电效应的三个公式光电效应是指当光照射到一些物质表面时，该物质会发射出电子的现象。
光电效应是量子力学的基本现象之一，可以通过以下三个公式进行描述和研究。
1. 光电效应方程(Einstein Equation):光电效应方程是由爱因斯坦在1905年基于光子论假设推导出来的，可以用来计算光电效应中的电子动能。
该方程如下所示：E=hν-Φ2.减少光电效应门槛的方法:减少光电效应的门槛是指通过一定的方法，使得材料对光子的吸收能力增强，提高光电效应的发生概率。
为了描述该方法，我们引入以下公式：Φ=hν-W其中，Φ为材料的逸出功，h为普朗克常数，ν为光子的频率，W为光子的功函数。
该公式表明，逸出功可以通过光子的功函数进行补偿。
如果材料的功函数较大，那么对应的逸出功也较大，对光电效应的概率较低。
因此，减少逸出功的方法之一就是通过调整光子的功函数。
3.光电流方程:光电流是指在光照射下，从材料中流出的电流。
光电流方程用来描述光电效应中电子流出的电流强度，可表示如下：I = qnA其中，I为光电流，q为元电荷的电量(1.6×10^-19C)，n为单位体积内光电子的数目，A为光照射的区域面积。
该方程表明，光电流的强度取决于单位体积内光电子的数目和光照射的区域面积。
该公式可以用来研究光电效应中的光电流特性和实验测量。
综上所述，光电效应可以通过上述三个公式进行描述。
光电效应方程用来计算光电效应中的电子动能，减少光电效应门槛的方法可以通过改变材料的功函数来调整逸出功，光电流方程用来描述光电效应中电子流出的电流强度。
这些公式为我们研究和应用光电效应提供了重要的理论基础。
光电效应及其实验规律
光电效应及其实验规律对于光电效应这一节，重点在于理解光电效应的含义及其实验装置和规律。
下面就这个实验的装置和实验规律加以剖析。
光电效应的含义：在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。
研究光电效应的实验装置如图1所示，阴极K和阳极A封闭在真空管内，在两极之间加一可变电压，用以加速或阻挡释放出来的电子。
光通过小窗照到阴极K上，在光的作用下，电子从电极K逸出，并受电场加速而形成电流，这种电流称为光电流。
图1实验结果发现，光和光电流之间有一定的依存关系。
（1）在入射光的强度与频率不变的情况下，电流——电压的实验曲线如图2所示。
曲线表明，当加速电压U增加到一定值时，光电流达到饱和值，这是因为单位时间内从阴极K射出的光电子全部到达阳极A。
则饱和电流。
图2另一方面，当加速电压逐渐减小到零，并逐渐变负时（这时电场力对于光电子来说是阻力），光电流并不降为零，这就表明从电极K逸出的光电子具有初动能。
所以尽管有电场力阻碍它运动，仍有部分初动能比较大的光电子到达电极A。
但由于单位时间内到达阳极A 的光电子数减少，所以光电流就随着减小。
随着反向电压越来越大，单位时间内到达阳极A的光电子数就越来越少，光电流也就越来越小。
但是当反向电压增大到等于时，就能阻止所有的光电子飞向电极A，光电流降为零，这个电压叫遏止电压。
它使具有最大初速度的光电子也不能到达电极A。
这样我们就能根据遏止电压来确定电子的最大初速度和最大初动能，即可得：，式中e为电子的电荷。
（2）在用相同频率不同强度的光去照射电极K时，得到电流—电压的曲线如图3所示。
它显示出对于不同强度的光，是相同的，这说明同一种频率，不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的。
但光电流强度不同，这是因为入射光的强度是由单位时间到达金属表面的光子数目决定的，而被击中的光电子（亦即吸收了光子能量的电子）数又与光子数目成正比，这样光的强度越大，被击出的光电子数就越多，则形成的光电流就越强。
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I
P 4d 2
1.0W 4 (3m) 2
0.88 102 J
(m2 s)
5.5 1016 eV (m2 s)
N I 5.51016 eV m2s1
2.1eV
2.6 1016 (m2 s)
爱因斯坦的光子理论
(2) 按照光子理论, 波长为589.3nm的每一个光子的能量为
h hc 6.631034 J s3108 ms1
t 4000s A 1.81.6109 J
P
71023W
爱因斯坦的光子理论
(2) 按照光子理论, 波长为589.3nm的每一个光子的能量为
h hc 6.631034 J s3108 ms1
589.3109 m
3.4 1019 J 2.出波长为 589.3nm 的单色光,根据光子理论,
求每单位时间打到钾片单位面积上有多少光子.
解：(1) 按照经典电磁理论,照射到离光源d处的圆面积内
的功率是
P
r 2 4d 2
P
1W (0.51010 m)2 4 (3m)2
7 1023W
假定这些能量全部被电子所吸收,那么可以计算出光开始 照射到电子逸出表面所需的时间为：
U
光电效应
（2）遏止电势差 如果使负的电势差足够大，从 而使由金属板表面释放出的具有最大速度的电子 也不能到达阳极时，光电流便降为零，此外加电
势差的绝对值Ua叫遏止电势差。
1 2
mvm2
eU a
实验表明：遏止电势差与光强度无关。
结论2：光电子从金属表面逸出时具有一定的 动能，最大初动能与入射光的强度无关。
光电效应
(1)饱和电流 实验表明： 在一定强度的单色光照射
下,光电流随加速电势差的增加而增大,但当加速电势
差增加到一定量值时,光电流达饱和值 ，如I果H 增加
光的强度， 相应的 IH也增大。
I
光强较强
结论1：单位时 间内,受光照的 金属板释放出 来的电子数和 入射光的强度 成正比。
IH
光强较弱
光U电a效应的O伏安特性曲线
U0
K
0
U0 K
0 称为光电效应的红限（遏止频率）
光电效应
结论3：光电子从金属表面逸出时的最大初动 能与入射光的频率成线性关系。当入射光的频
率生小 光于 电效0应时。，不管照射光的强度多大，不会产
（4）弛豫时间 实验表明，从入射光开始照射 直到金属释放出电子，无论光的强度如何，这
段时间很短，不超过 109 s 。
光电效应
（3）遏止频率（又称红限） 实验表明：遏止电
势差 Ua 和入射光的频率之间具有线性关系。
Ua K U0
Ua V
2.0
CS Na Ca
1.0
0.04.0
6.0
8.0 10.0
遏止电势差与频率的关系
/1014 HZ
光电效应
K 为不随金属性质不同而改变的普适恒量
1 2
mvm
2
eK
eU0
即最大初动能随入射光的频率线性地增加，要 使光所照射的金属释放电子，入射光的频率必须 满足：
上，求铯所释放的光电子最大初速度。
解：铯原子红限频率 =04.8×1014 Hz，据爱
因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能：
1 2
mvm
2
h
A
利用关系 c A h 0
代入已知数据 vm 6.50 105 m/s
5.光电效应的应用
光电管
光电倍增管
爱因斯坦的光子理论
例题 18-4 设有一功率P=1W的点光源,d=3m处有一钾薄片. 假定钾薄片中的电子可以在半径r=0.5×10-10m的圆面积范 围内收集能量,已知钾的逸出功为a=1.8eV,(1)按照经典电 磁理论,计算电子从照射到逸出需要多长时间;(2)如果光
589.3109 m
3.4 1019 J 2.1eV
每单位时间打在距光源3m的钾片单位面积上的能量为
I
P 4d 2
1.0W 4 (3m) 2
0.88 102 J
(m2 s)
5.5 1016 eV (m2 s)
N I 5.51016 eV m2s1
2.1eV
2.6 1016 (m2 s)
§18-2光电效应 爱因斯坦的光子理论
1. 光电效应的实验规律 入射光线
光电效应 当波长较短的 可见光或紫外光照射到 某些金属表面上时,金属 中的电子就会从光中吸 取能量而从金属表面逸 出的现象。
金属板释放的电子 称为光电子,光电子在 电场作用下在回路中 形成光电流。
AK
OO
OO
OO
G
V
B OO
光电效应实验装置
由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说 明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔 物理学奖。
4.光的波-粒二象性
光不仅具有波动性，还具有粒子性。这种双重 性称为波-粒二象性。
波动性和粒子性之间的联系如下：
m
c2
hc c2
p
m c
h
c
h
m p 分别为光子的质量和动量。
光电效应
例18-3 波长l =4.0×10-7m的单色光照射到金属铯
2.光的波动说的缺陷
按照光的波动说,光电子的初动能应决定于入 射光的光强，即决定于光的振幅而不决定于 光的频率。
无法解释红限的存在。
无法解释光电效应的产生几乎无须时间的积累。
3.爱因斯坦的光子理论
爱因斯坦从普朗克的能量子假设中得到启发,他 假定光在空间传播时,也具有粒子性,想象一束光是一
束以 运c 动的粒子流,这些粒子称为光量子,现在称为
h
1 2
mvm
2
A
爱因斯坦对光电效应的解释：
爱因斯坦
❖ 光强大，光子数多，释放的光电子也多， 所以光电流也大。
❖电子只要吸收一个光子就可以从金属表面 逸出，所以无须时间的累积。
爱因斯坦的光子理论
❖从方程可以看出光电子初动能和照射光的 频率成线性关系。
❖从光电效应方程中，当初动能为零时，可 得到红限频率.
光子,每一光子的 能量为 h,光的能流密度决定
于单位时间内通过该单位面积的光子数。
根据光子理论,光电效应可解释如下:当金属 中一个自由电子从入射光中吸收一个光子后,就获
得能量 h ,如果 h 大于电子从金属表面逸出
时所需的逸出功 A ,这个电子就从金属中逸出。
爱因斯坦的光子理论
爱因斯坦光电效应方程