光电效应(教学设计)

光电效应

一、基本知识点

1、热辐射：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。

（1）、物体在任何温度下都会辐射电磁波，温度不同，所辐射电磁波的频率、强度也不同。当物体温度较低时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波（在红外线区域），不能引起人的视觉；当温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，如燃烧的炭块会发出醒目的红光。

（2）、绝对黑体：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。如果一个物体能够完全吸收投射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物质就是绝对黑体，简称黑体。

（3）、黑体辐射的实验规律

①、对于一般材料物体，辐射的电磁波除与温度 有关外，还与材料的种类及表面状况有关； ②、黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑 体温度有关；

③、随着温度的升高，一方面黑体辐射各种波长 的电磁波的本领增加；

④、另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方 向移动。

（3）、普朗克能量量子化假设

①、能量子：黑体的空腔壁是由大量振子组成的；其能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。

②、当振子辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份进行。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子，νεh =，其中ν是电磁波的频率，h 为普朗克常量（s J h ∙⨯=-341063.6）

（4）、能量量子化：在微观世界里，能量不能连续变化只能取分立值，这种现象叫能量量子化。

（5）、普朗克的能量子假说的意义：传统电磁理论认为光是一种电磁波，能量是连续的，能量大小决定于波的振幅和光照时间。普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释的困难而提出了能量子假说，使人类对微观世界的本质有了新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。

2、光电效应

（1）、光电效应现象：

①、赫兹最早发现了光电效应现象；

②、定义：在光的照射下物体发射电子的现象， 叫做光电效应，发射出来的电子叫光电子。 ③、光电效应实质：光现象 电现象 定义中的光包括不可见光和可见光 ④、使锌板发射出电子的光是弧光灯中紫外线。

（2）、光电效应实验规律

①、实验电路分析：

②、光电效应的实验结果

i 过程分析：

ii 遏止电压C U ：

iii 最大初动能km E ：

iv 由三条曲线得出的结论是什么：在用相同频率不同强度的光去照射阴极K 时，所产生光电子的最大初动能是相同的。

③、用不同频率的光去照射阴极K ：

i 截止频率c ：

ii 通过图像得出的结论：

3、光电效应方程

（1）、经典电磁理论解释光电效应的困难

波动理论认为：光的能量是由光的强度决定的，而光的强度又是由光波的振

幅所决定的，跟光的频率无关。

波动理论 光电效应实验结果

困难1

按照光的波动理论，不论入射

光的频率是多少，只要光强足够大，总可以使电子获得足够的能量从而发生光电效应 如果光的频率小于金属的极限

频率，无论光强多大，都没有光电效

应

困难2 光强越大，电子可获得更多能

量，光电子的最大初动能也应该越

大，遏止电压也越大。即出射电子 遏止电压与光强无关，与频率有关

的动能应该由入射光的能量即光强

来决定。

困难3

光强大时，电子能量积累的时

间就短；光强小时，电子能量积累

的时间越长。 当入射光照到光电管的阴极时，无论光强怎么样，几乎在一开始就产生光电子（s 910-） （2）、爱因斯坦的光电效应方程

①、光电效应方程：

W h E km -=ν；22

1m e km v m E =

；W 为逸出功 ②、逸出功：电子从金属中逸出所需要的克服束缚而消耗的能量的最小值

（3）、光子说对光电效应规律的解释

①、由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能是一份一份地吸收。而这个传递能量的过程也只能是一个光子对一个电子的行为。如果光的频率低于极限频率，则光子提供给电子的能量不足以克服原子的束缚，就不能发生光电效应；

②、电子接收能量的过程极其短暂，接受能量后的瞬间即挣脱束缚，所以光电效应的发生几乎是瞬间的；

③、发生光电效应时，光强度越大意味着单位时间内打在金属上的光子数越多，那么逸出的光电子数目也就越多，单位时间内逸出的光电子数与光照强度成正比。

二、典型例题 例1、人体表面辐射本领的最大值落在波长为940m μ处，它对应的是何种辐射？能量子的值为多大？（可见光

400--700nm ）（J 221012.2-⨯=ε）

例2、在一杯开水中放入一只温度计，开水静置室内，可以看到开水的温度是逐渐降低的，既然从微观的角度来看开水的能量是一份一份向外辐射，为什么它的温度不是一段一段地降低？

例3、用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能k E 随入射光频率ν变化的ν-k E 图像，已知钨的逸出功是3.28 eV ，

锌的逸出功是3.34 eV ，若将两者的图像分别用实线与虚线画在同一个ν-k E 图上，则下图中正确的是（ ）

例4、用红光照射光电管阴极发生光电效应时，光电子最大初动能为k E ，饱和光电流为I 。若改用强度相同的紫光照射同一光电管，产生光电子的最大初动能和光电流分别为'k E 和'I ，则下面正确的是（ ）

I I E E A k k ><'',. I I E E B k k >>'',. I I E E C k k =<'',. I I E E D k k <>'',.

三、训练题

训练1

1、用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产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 、该用强度更大的原紫外线照射

D 、延长原紫外线的照射时间

2、光电效应实验中，下列表述正确的是（ ）

A 、光照时间越长光电流越大

B 、入射光足够强就可以有光电流

C 、遏止电压与入射光的频率有关

D 、入射光频率大于极限频率才能产生光电子 3、用同一光电管研究a 、b 两种单色光产生的光电效应，得到光电流I 与光电管两极间所加电压U 的关系如图所示。则这两种光（ ）

A 、照射该光电管时a 光使其逸出的光电子最大初动能大

B 、从同种玻璃射入空气发生全反射时，a 光的临界角大

C 、通过同一装置发生双缝干涉，a 光的相邻条纹间距大

D 、通过同一玻璃三棱镜时，a 光的偏折程度大

4、伦琴射线管是用来产生X 射线的一种装置，如图所示。真空度很高的玻璃泡内，有一个阴极K 和阳极A ，由阴极发射的电子受强电场的作用被加速后打到阳极，会产生包括X 射线在内的各种能量的光子，其中光子能量最大值等于电子的动能。已知阳极和阴极之间的电势差U ，普朗克常量h ，电子电量e 和光速c ，则可知该伦琴射线管发出的X 射线的（ ）

eUh c

A 最短波长为. eU c h

B 最长波长为. h eU

C 最小频率为. h

eU D 最大频率为.

5、硅光电池能利用光电效应将光辐射的能量转化为电能。若有N 个频率为ν的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为（h 为普朗克常量）（ ）

νh A . νNh B 2

1. νNh C . νNh D

2.