光电效应的规律及几个相关概念分析
光电效应实验报告
一、 引言当光束照射到金属表面时，会有电子从金属表面逸出，这种现象被称之为“光电效应”。
对于光电效应的研究，使人们进一步认识到光的波粒二象性的本质，促进了光的量子理论的建立和近代物理学的发展。
现在观点效应以及基于其理论所制成的各种光学器件已经广泛用于我们的生产生活、科研、国防军事等领域。
所以在本实验中，我们利用光电效应测试仪对爱因斯坦的方程进行验证，并且测出普朗克常量，了解并用实验证实光电效应的各种实验规律，加深对光的粒子性的认识。
二、 实验原理1. 光电效应就是在光的照射下，某些物质内部的电子背光激发出来形成电流的现象；量子性则是源于电磁波的发射和吸收不连续而是一份一份地进行，每一份能量称之为一个能量子，等于普朗克常数乘以辐射电磁波的频率，即E=h*f （f表示光子的频率）。
2. 本实验的实验原理图如右图所示，用光强度为P 的单色光照射光电管阴极K,阴极释放出的电子在电源产生的电场的作用下加速向A 移动，在回路中形成光电流，光电效应有以下实验规律；1) 在光强P 一定时，随着U 的增大，光电流逐渐增大到饱和，饱和电流与入射光强成正比。
2) 在光电管两端加反向电压是，光电流变小，在理想状态下，光电流减小到零时说明电子无法打到A,此时eUo=1/2mv^2。
3) 改变入射光频率f 时，截止电压Uo 也随之改变，Uo 与f 成线性关系，并且存在一个截止频率fo,只有当f>fo 时,光电效应才可能发生，对应波长称之为截止波长（红限），截止频率还与fo 有关。
4) 爱因斯坦的光电效应方程：hf=1/2m(Vm)^2+W,其中W 为电子脱离金属所需要的功，即逸出功，与2)中方程联立得：Uo=hf/e – W/e 。
光电效应原理图3.光阑：光具组件中光学元件的边缘、框架或特别设置的带孔屏障称为光阑，光学系统中能够限制成像大小或成像空间范围的元件。
简单地说光阑就是控制光束通过多少的设备。
主要用于调节通过的光束的强弱和照明范围。
光电效应的规律及明白得
光电效应的规律及明白得光电效应是《光的本性》的难点与重点,它的规律是从实验中总结出来的,规律本身十分抽象难懂,加上教材对此介绍颇略,学生在学习和练习中往往会产生一些错误的熟悉:“频率高,光子能量大,光就强,产生的光电流也强”、“光电子的动能大,电子运动快,光电流就强”、“不管光的频率如何,只要光的强度足够大或照射时刻足够长,电子就能够够取得足够的能量而产生光电效应”等等。
造成以上错误的全然缘故除对“入射光强度”、“光子的能量”、“光电子的最大初动能”、“光电流强度”等概念混淆不清外,更要紧的缘故是对光电效应产生的机制不甚明白得,为此本文就光电效应规律进行一些补充说明,以供参考。
一、模型成立爱因斯坦假设: 空间传播的光是不持续的,是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量跟光的频率成正比,光不仅在发射或吸收时,而且在传播时具有粒子性;当光射到金属表面时,金属中的一个电子只能吸收一份光子的能量,一个光子的能量也只能传递给—个电子;吸收—份光子能量的电子可向各个方向运动。
二、大体规律一、任何一种金属都有一个极限频率,入射光的频率必需大于那个极限频率,才能发生光电效应。
二、入射光照射到金属上时,光电子的发射几乎是瞬时的,一样不超过s。
3、当入射光的频率大于极限频率时,光电流的强度与入射光的强度成正比。
4、光电子的最大出动能与入射光的强度无关,只随着入射光的频率的增大而增大。
三、规律说明一、在金属表面的电子,离开金属原子查对它的束缚时而克服原子查对它的引力做功,那个功就叫做金属的逸出功,逸出功是金属内所有不同的电子离开原子核的引力所做功的最小值。
因此,吸收光子的电子至少要能克服金属原子核的引力做功才能从金属表面逃逸出来。
金属表面的某个电子吸收必然频率的光子能量后,若是吸收的光子能量不足以克服逸出功,那么该电子将吸收的光子能量当即释放出去,而不积存能量,从而不产生光电效应。
对不同的金属有不同的逸出功,这确实是什么缘故只有入射光的频率大于金属的极限频率时才能使金属产生光电效应的缘故。
导学案：4_2 光电效应(解析版)
第2节光电效应【知识梳理与方法突破】一、光电效应及其实验规律1.光电效应中的几组概念的理解两组对比概念说明光子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，光子是光电效应的因，光电子是果光电子的初动能光电子的最大初动能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光子的能量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照射到金属表面单位面积上内光子能量与入射光子数的乘积光电流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，光电流增大，但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光的强度饱和电流饱和光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.光电效应的实验规律（1）发生光电效应时，入射光越强，饱和电流越大，即入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
（2）光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关。
入射光的频率越高，光电子的最大初动能越大，但最大初动能与频率不成正比。
（3）每一种金属都有一个截止频率（或极限频率）νc，入射光的频率必须大于νc 才能发生光电效应。
频率低于νc的入射光，无论光的强度有多大，照射时间有多长，都不能发生光电效应。
不同金属的截止频率不同。
专题81 光电效应、玻尔理论(解析版)
2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训专题81 光电效应、玻尔理论 特训目标特训内容 目标1 光电效应规律的理解和应用（1T—5T ）目标2 光电管加正向与反向电压情况分析（6T—10T ）目标3 光电效应三类图像（11T—15T ）目标4波尔理论和能级跃迁（16T—20T ） 一、光电效应规律的理解和应用1．很多商店装有光电池电子眼探测设备，当顾客到来时，门会自动打开。
这种设备的原理是：当光的强度变化时，传感器产生的电流发生改变。
这是光电效应的一种应用。
下列说法正确的是（ ）A ．光电效应说明光具有波动性B ．发生光电效应时，饱和光电流与入射光的强度无关C ．发生光电效应时，其他条件不变，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大D ．发生光电效应时，其他条件不变，入射光的频率越大，光电子形成的电流越大【答案】C【详解】A ．光电效应说明光具有粒子性，故A 项错误。
B ．入射光的强度越大，单位时间内光电子的数目越多，饱和光电流越大，故B 项错误。
CD ．根据光电效应方程E k ＝h ν－W 0可知，入射光的频率越大，光电子的最大初动能也越大，但单位时间内的光电子数量不变，因此形成光电流的大小不变，故C 项正确，D 项错误。
故选C 。
2．光伏发电是提供清洁能源的方式之一、光伏发电的原理是光电效应，设频率为2ν的入射光照射某金属A 时刚好发生光电效应，照射某金属B 时光电子的最大初动能为h ν。
已知普朗克常量为h ，电子电荷量大小为e ，下列说法正确的是（ ）A ．让金属A 发生光电效应的入射光的截止频率是金属B 的2倍B ．持续增大照射金属A 的入射光的强度，可以不断增大光电子的最大初动能C ．以频率为ν的入射光照射金属A ，当光强增加一倍，光电流的大小也增加一倍D ．若用频率为3ν的光分别照射A 、B 两种金属，光电子的最大初动能之比为2∶1【答案】A【详解】A ．根据题意，由光电效应方程可知，金属A 的截止频率为2ν，又有02B h h W νν=⋅- 可得0B W h ν=则金属B 的截止频率为ν，即让金属A 发生光电效应的入射光的截止频率是金属B 的2倍，故A 正确；B ．由光电效应方程可得，光电子的最大初动能km 0E h W ν=-可见，最大初动能与入射光的强度无关，故B 错误；C ．由于ν小于金属A 的极限频率2ν，则用频率为ν的入射光照射金属A ，无论光照强度如何，不会发生光电效应，不会有光电流产生，故C 错误；D ．由光电效应方程可知，用频率为3ν的光分别照射A 、B 两种金属，光电子的最大初动能之比为32132A B E h h E h h νννν⋅-⋅==⋅-故D 错误。
大学物理实验：光电效应
当高能光子（高频率光）照射在物质上时 ，物质可以吸收一个光子并释放一个正离 子和多个电子的现象。
光电效应的应用
光电倍增管
利用光电效应原理制成的器件， 可以将微弱的光信号转换成电信 号，广泛应用于高能物理、天文
学和医学等领域。
太阳能电池
利用光电效应将太阳能转换成电能， 是太阳能利用的重要方式之一。
光电器件
THANKS
感谢观看
为了更好地研究光电效应的规律，可 以尝试改变光源的波长、光强等条件， 观察其对光电效应的影响。
07
参考文献
参考文献
光电效应实验原理
详细介绍了光电效应的基本原理，包括光子、电子、 能量转换等概念。
实验操作步骤
提供了实验的具体操作步骤，包括实验设备、实验操 作流程、数据记录等。
实验数据处理
介绍了如何处理实验数据，包括数据整理、图表绘制、 误差分析等。
普朗克效应
里德堡效应
当光照射在物质上时，物质吸收光的能量 并释放电子，电子的能量与光的频率有关 ，与光的强度无关。
Hale Waihona Puke 当高能光子（高频率光）照射在物质上时 ，物质可以吸收一个光子并释放多个电子 的现象。
光电子发射
光离子化
当光照射在物质上时，物质吸收光的能量 并释放电子，电子的能量与光的频率和物 质的功函数有关。
2
光电效应的应用广泛，如太阳能电池、光电倍增 管等。
3
光电效应的发现和研究对现代物理学的发展产生 了深远的影响。
02
实验原理
光电效应概念
光电效应
当光照射在物质上时，物质可以 吸收光的能量并释放电子的现象 。
光电效应的发现
19世纪末，德国物理学家赫兹和 勒纳德在实验中发现了光电效应 。
光电效应的关键物理思维和研究方法
光电效应的关键物理思维和研究方法
1. 波粒二象性思维：光电效应的研究中，需要将光看作是一种既有波动性又有粒子性的现象。
通过波粒二象性思维，可以理解光在光电效应中表现出的行为，如能量的量子化和光子的能量与频率之间的关系。
2. 能量守恒和动量守恒思维：研究光电效应时，需要运用能量守恒和动量守恒原理。
能量守恒指的是光的能量被完全转化为电子的动能，而动量守恒则要求光子的动量和电子的动量在光电效应中保持守恒。
3. 光电效应定律的应用：光电效应的研究中，需要运用爱因斯坦的光电效应定律，即光电流的强度正比于入射光的强度，与光的频率成正比，与金属的性质有关。
通过应用光电效应定律，可以进一步分析和解释光电效应的实验结果和规律。
4. 实验方法和数据分析：进行光电效应的研究需要实施实验并收集相关的数据。
研究人员应该注意实验条件的控制，例如光的强度、频率和金属材料的选择等。
通过收集数据，并运用相关的物理理论和模型，进行数据分析和比较，可以得出关于光电效应的结论和规律。
光电效应的规律及几个相关概念分析
光电效应的规律及几个相关概念分析光电效应是指当光照射在金属表面时，会引起金属中的自由电子被光能量激发出来的现象。
光电效应的规律是由爱因斯坦于1905年提出的，并且为后来的量子力学奠定了基础。
下面将对光电效应的规律以及几个相关概念进行分析。
1.光电效应的规律：（1）光电效应只有当光的频率大于等于金属的阈值频率时才会发生。
阈值频率是指能使光电效应发生的最低频率。
（2）光电效应引起的光电子释放是瞬时的，即电子在光照射之后立即被激发出来。
（3）光电效应释放的电子的能量与光的频率成正比，而与光的强度无关。
即光的强度增加只会增加光电子的数量，而不会增加其能量。
2.相关概念分析：（1）阈值频率：阈值频率是指能使光电效应发生的最低频率。
当光的频率大于等于阈值频率时，金属才会发生光电效应。
阈值频率与金属的性质有关，不同金属的阈值频率不同。
（2）逸出功：逸出功是指将电子从金属内部逼出所需的最小能量。
逸出功决定了金属对光电效应的敏感度，逸出功越大，金属对光电效应越不敏感。
（3）光电流：光电效应产生的电流被称为光电流。
光电流与光的强度和频率有关，但与光的波长无关。
光的强度增加可以增加光电子的数量，从而增加光电流的大小。
（4）光电子：光电效应释放的电子被称为光电子。
光电子的能量与光的频率成正比，而与光的强度无关。
（5）动能定理：光电效应中，光电子释放后具有的动能可以通过动能定理计算。
动能定理表示光电子的动能等于光子的能量减去逸出功。
光电效应是量子力学的早期重要实验现象，在理论和实际应用上都具有重要意义。
爱因斯坦通过光电效应的规律的解释，提出了光的粒子性，即光的微粒被称为光子。
这一概念为后来的量子力学的发展做出了贡献。
光电效应的研究也在实际应用中有着广泛的应用，例如太阳能电池和光电探测器等。
总而言之，光电效应是光与物质相互作用的重要现象之一、光电效应的规律和相关概念的分析有助于我们对光电效应的理解和应用。
光电效应解析光线照射物质产生的电子截止电压
光电效应的应 用不仅在科学 技术领域有重 要意义，也在 日常生活中有 着广泛的应用， 如太阳能电池、 光电鼠标等。
光源：能够发 射紫外线的光
源
光电转换器： 能够将光能转 换为电能的设
备
实验环境：暗 室或低光照环
境
实验材料：金 属、玻璃等不 同材料作为光 电效应的研究
对象
准备实验器材：包括光电管、光源、电源等 调整光源：确保光源的波长在光电管的响应范围内 连接电路：将光电管接入电源，并确保电路连接正确 开始实验：逐渐增加光源的亮度，观察光电管输出的变化
1887年赫兹在实验中首先发现光电效应 1905年爱因斯坦提出光量子理论解释光电效应 光电效应在真空中的研究发现 光电效应在各种物质中的研究情况
金属表面光电效应：光子将电子从金属表面激发出来，形成光电流 半导体表面光电效应：光子将电子从半导体表面激发出来，形成光电流 内部光电效应：光子将电子从半导体内部激发出来，形成光电流 反向光电效应：光子将电子从负极板激发出来，形成光电流
实例：光谱仪、质谱仪、 红外光谱仪等
高速摄影技术 利用光电效应， 将高速运动的 过程记录下来， 为科学研究、 安全防护等领 域提供重要依
据。
光电子成像技 术利用光电效 应，将光信号 转换为电信号， 进而形成图像， 广泛应用于医 疗、军事、安
保等领域。
光电效应的应 用还包括光电 传感器、光电 倍增管等，这 些器件在测量、 控制、通信等 领域发挥着重
光子与物质相互作用过程中，物质 的温度、压强等因素也会影响光电 效应的发生。
电子跃迁：光子能量转化为电子动能 能量转换：光子能量被吸收后转换为电子动能 跃迁条件：光子能量大于或等于能级差 光电效应：光子能量使电子从束缚态跃迁至自由态
4.2 光电效应 说课讲义人教版()选择性必修第三册
光电效应说课稿一、教材分析(1)本课地位光电效应选自2019年人教版物理教材选修三第四章原子结构和波粒二象性第2节。
此前，ε=Λv学生已经学习了电学电路基础和普朗克黑体辐射理论，知道了能量不连续1.一」，本课的学习，实际上是引导学生通过光电效应实验更好地验证光的粒子性和波动性，为进一步学习波粒二象性和原子结构奠定基础，也让学生进一步意识到经典力学和经典电磁理论适用范围的局限性，为建立量子力学概念作铺垫。
起到了承上启下的作用。
(2)课标解读内容要求3.4.1通过实验，了解光电效应现象。
知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。
能根据实验结论说明光的波粒二象住。
教学提示*・物1次对fiκ>.*体5«、QrW束子与京子《rMa二默！!■内。
的竽习，遇一为促遗学变的闻酊=.*gm互修时虹.虹及含帽型.3ME■慎心累鼻的除ft・应调1观事生看mg七，u*±7∙t⅛t.*um体EHW忡.热力学号响•跑空红”•的店至G⅜.41才拿生U中光0κr¾i4Hwn~~∕κ,逆"通过?t*("∙清体，E学业要求生活中的一些现象，解决一些实际问题。
能用爱因斯坦光电效应方程说明光电效应现象，知道光的波粒二象性。
了解原子、原子核的结构和特点，能说明原子核的衰变、裂变、聚变和放射现象。
知道四种基本的根据课标要求可知本节内容一方面要让学生通过光电效应实验掌握光电效应实验规律，另一方面要让学生认识光及实物粒子的粒子性，能量量子化。
因此，1.本节内容应注重实验教学，让学生通过实验认识光电效应的特点，注重实验数据处理、结果分析，引导学生得到光电效应图像和截止频率饱和电流等物理概念。
2.引导学生理解光电效应实验规律，为学习下一课时爱因斯坦光电理论和光电效应方程做好铺垫，培养学生的科学推理能力。
(3)新旧教材对比旧教材将此内容放在选修3-5第十七章波粒二象性中，把光电效应内容融入在第二节光的粒子性里，并且旧教材学习脉络清晰，从量子化一粒子性一波动性一概率波一不确定关系，标题直接给出物理概念，直接了当帮助学生构建学习框架。
光电效应规律理解与分析
光电效应规律理解与分析光电效应是指光照射到金属表面后，金属中的电子被激发出来形成电流的现象。
这一现象在物理学上的研究中具有重要的意义，既可以用来解释电荷的特性，也可以应用于实践中的光电器件，如光电二极管和太阳电池等。
光电效应的规律主要有以下几个方面：1.光电效应严重违背经典物理学中的波动理论。
根据经典物理学，当光强增大时，光电子的动能应该随之增大，而实验证明，在光电效应中，光电子的动能与光强无关。
2.光电效应的光电子动能与光的频率有关，而与光强无关。
根据光电效应的实验结果，当光的频率低于一定临界频率时，光电子动能为零，无法发生。
3.光电效应中，光电子的动能只与光的频率有关。
根据实验结果，当光的频率超过一定临界频率时，光电子的动能与光的频率成正比，与光的强度无关。
这一规律被称为爱因斯坦光电效应方程。
4.光电效应中，光电子强度与光的强度成正比。
根据实验结果，光电流的强度与入射光的强度成正比。
这一规律被称为霍尔效应。
对于光电效应的规律，我们可以采用波动光学和量子光学的理论来解释。
首先，根据波动光学的理论，光可以被视为一种波的传播，而光电子则是被光波激发而出的电子。
然而，波动光学难以解释为什么当光频率低于一定临界频率时，就无法激发光电子的现象。
爱因斯坦提出的光电效应方程给出了光电子动能与光的频率的关系。
根据这个方程，光电子的动能等于光的能量减去电子的逸出功，而光的能量与光的频率成正比。
这表明，光电子的动能与光的频率有关，而与光的强度无关。
这一结论受到了量子光学的支持。
根据量子光学的理论，光是由量子粒子光子组成的，每个光子的能量与光的频率成正比。
当光照射到金属表面时，光子与金属内的电子相互作用，导致电子被激发出来。
由于光子的能量与光的频率成正比，因此光电子的动能也与光的频率成正比。
而与光的强度无关的规律可以解释为，光子与金属内的每个电子相互作用的概率是相同的，因此在相同时间内，受到光照射的电子数量是与光的强度成正比的，即光电流的强度与光的强度成正比。
高中物理+第二章第一节《光电效应》
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讨论与交流
随着反向电压逐渐增大，光电流是逐渐减 小还是突然减小？ 逐渐减小。
由此是否可以推测出射光电子的动能不一样？ 不一样。光电效应中从金属出来的光电 子，它们的初速度会有差异，初动能会 有差异，其中最大者叫最大初动能。
遏止电压对应的是所有光电子的动能吗？
但赫兹在通过实验证实了电磁理论 的同时，也发现了一个用电磁理论 无法解释的现象－－光电效应。
3
光电效应
1、在光（包括不可见光）的照射下， 使物体发射出电子的现象叫做光电 效应。
2、发射出来的电子叫做光电子。
光电效应
4
光电管
1.光电管就是利用光电效应把光信号转变 成电信号的一种传感器。
采用实验探究的方法，控制变量法 先保持光的频率不变，逐渐增大电压，直至
光电流为零，记录遏止电压的值。改变入射 光的强度，记录遏止电压的值。 然后，维持光源的强度不变，改变入射光的 频率，记录遏止电压的值。
13
实验结论
遏止电压与入射光的强度无关。 入射光的频率越大，遏止电压越大，即光
而实验结果表明：只有入射光的频率v大 于该金属的极限频率v0时，才能发生光电 效应。
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光电效应与光的电磁理论的矛盾
•矛盾二：根据能量的观点，电子要从物体中 飞出，必须具有一定的能量，而这一能量只能 来源于入射光的能量。 •而实验结果表明：逸出的光电子的能量与入 射光的强度无关，只取决于射光的频率.
物理：第二章第一 节《光电效应》课 件PPT（粤教版选
修３－５）
1
第二章 波粒二象性 第一节 光电效应
学习目标：
1、了解光电效应的规律及光电管的工作原理； 2、知道并理解极限频率、遏制电压的概念； 3、理解光电效应与光的电磁理论的矛盾。2Fra bibliotek光的电磁说
光电效应分析
光电效应分析光电效应是指当光照射到金属表面时，会引起金属内电子的发射现象。
这种现象在物理学上具有重要的意义，对于电磁波的性质以及量子理论的发展有着深远的影响。
本文将对光电效应进行详细的分析，探讨其原理、实验现象以及在实际应用中的意义。
一、光电效应的原理光电效应的基本原理是光子的能量与电子的能级之间的相互作用。
当光照射到金属表面时，光子的能量会被金属表面的电子吸收。
如果光子的能量大于电子的逸出功（即电子从金属中脱离所需的最小能量），那么电子将会被激发，并从金属表面跃出，形成自由电子。
二、光电效应的实验现象在实验中观察光电效应时，我们可以通过以下几个实验现象进行分析和研究：1. 光电流变化规律当光照强度发生变化时，光电流也会相应地发生变化。
经过实验观测可以得出结论：光强越大，光电流越大；光强越小，光电流越小。
这表明光电效应与光强之间存在着直接的联系。
2. 阳光下的照射与暗箱实验将金属板暴露在阳光下，可以观察到金属板上出现明亮的点状区域。
这些亮点是由于阳光照射到金属表面产生的光电子。
而在暗箱中，即使有光线照射，金属板上也不会出现这样的亮点。
这个实验现象表明，光电效应需要外界光源的照射才能触发。
3. 光电效应的频率阈值通过实验观测不同波长的光对光电效应的影响，可以发现只有当光的频率超过一定阈值时，光电效应才会发生。
这个阈值与材料的性质密切相关，不同金属的光电效应阈值也不同。
三、光电效应在实际应用中的意义光电效应在现代科学和技术领域中具有广泛的应用价值，下面列举几个典型的应用：1. 太阳能电池太阳能电池利用光电效应原理将射入电子转化为电能，用于为家庭和工业提供电力。
太阳能电池的可再生能源特性使其成为一种清洁、可持续的能源选择。
2. 光电管光电管是利用光电效应测量和控制光强的装置。
在光电管中，光照射到光电极上时，电子从光电极中脱离，经过放大电路后产生电流信号，可用于测量和控制光强的变化。
3. 光电倍增管光电倍增管是一种通过光电效应放大光信号的设备，常用于科学实验室中的高灵敏度光学测量，如荧光光谱分析、光的强度测量等。
光电效应实验 体会
光电效应实验体会光电效应是光学中的一项重要实验，通过对光电效应的研究可以深入了解光的本质以及光与物质相互作用的机制。
本文将从实验目的、实验原理、实验装置和实验步骤四个方面介绍光电效应实验，并分享我个人的体会和思考。
一、实验目的光电效应实验的主要目的是研究光的特性，特别是光与物质相互作用时的行为。
通过实验观察和测量光电效应现象，探究光的波粒二象性，验证光子概念，并了解光电效应的基本规律。
二、实验原理光电效应，简单来说，就是当光照射到某些金属表面时，会导致电子发射的现象。
光的能量以光子的形式传递，光子的能量由其频率决定。
当光子能量大于或等于金属的逸出功时，光子与金属碰撞后，金属中的电子会发生能级跃迁，从而从金属表面逸出。
这就是光电效应的基本原理。
三、实验装置光电效应实验一般需要以下装置：激光器、光电管、电路板、电压表、电流表、滤光片等。
激光器用于产生单色光，光电管是用于测量光电效应的装置，电路板用于连接光电管和测量仪器，电压表和电流表用于测量光电管的电压和电流，滤光片用于调节光的频率和强度。
四、实验步骤1. 准备实验装置：将激光器、光电管、电路板、电压表、电流表等装置按照实验要求连接好。
2. 调节滤光片：根据实验要求，选择合适的滤光片，调节光的频率和强度。
3. 测量电压和电流：将光电管连接到电路板上，将电压表和电流表连接好，记录下光电管的电压和电流数值。
4. 改变光强：调节激光器的功率或调节滤光片的强度，改变光的强度。
5. 记录实验数据：根据改变的光强，再次测量光电管的电压和电流数值，并记录下来。
6. 数据分析：根据实验数据，绘制出光电管电压和电流的关系曲线，进一步分析光电效应的规律。
个人体会：通过进行光电效应实验，我深刻体会到了光的波粒二象性，以及光与物质相互作用的机制。
实验中，我观察到光电管的电压和电流随光强的变化而变化，这验证了光的能量是以光子的形式传递的。
同时，通过实验数据的分析，我进一步了解了光电效应的规律，即光的频率和光电管的逸出功决定了光电效应的发生与否。
光电效应规律理解与分析
光电效应规律理解与分析【核心考点提示】1.光电效应现象在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子.2.实验规律(1)每种金属都有一个极限频率.(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大.(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的.(4)光电流的强度与入射光的强度成正比.3.爱因斯坦光电效应方程(1)光子：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，这些能量子称为光子，频率为ν的光的能量子为hν.(2)爱因斯坦光电效应方程①表达式：hν＝E k＋W0或E k＝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E k.【微专题训练】(2018·山东省潍坊市高三上学期期末试题)关于光电效应，下列说法正确的是(B) A．只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应B．光子的能量大于金属的逸出功就可以使金属发生光电效应C．照射时间越长光电子的最大初动能越大D．光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比[解析]根据光电效应规律，只要入射光的频率足够大，就可以使金属发生光电效应，选项A错误；光子的能量大于金属的逸出功就可以使金属发生光电效应，选项B正确；光电子的最大初动能与照射时间无关，选项C错误；光电子的最大初动能随入射光子的频率增大而增大，并不是成正比，选项D错误；故选B。
(2018·湖南长沙高三上学期期末)利用如图所示的电路研究光电效应现象，其中电极K由金属钾制成，其逸出功为2.25eV。
用某一频率的光照射时，逸出光电子的最大初动能为1.50eV，电流表的示数为I.已知普朗克常数约为6.6×10－34J·s，下列说法正确的是(AD)A ．金属钾发生光电效应的极限频率约为5.5×1014HzB ．若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00eVC ．若入射光频率加倍，电流表的示数变为2ID ．若入射光频率加倍，遏止电压的大小将变为5.25V[解析] 根据hνC ＝W 0得：金属钾发生光电效应的极限频率νC ＝2.25×1.6×10－196.6×10－34＝5.5×1014Hz ，故A 正确；由光电效应方程E k ＝hν﹣W 0可知，入射光频率加倍，光电子的最大初动能大于原来的两倍，即大于3.00eV ，故B 错误；入射光频率加倍后，光电流增大，但不是2倍的关系，故C 错误；频率加倍前，入射光的能量hν＝E k ＋W 0＝3.75eV ，频率加倍后，入射光能量为2hν＝7.5eV ，最大初动能为E k ′＝2hν－W 0＝5.25eV ，根据Ue ＝E k ′可知，遏止电压的大小为U ＝5.25V ，故D 正确。
光电效应及普朗克常数的测定--2014
数据及处理
四 不确定度的处理方法
在Excel中选：4个空格—fx—统计—Linest(双击) —分别在表格最上的1、 2两行中，填入原始数据；在3、4两行中，分别填入true、true— (Ctrl+Shift+Enter),则第二行第一个数据即为线性拟合不确定度.
0.00 5.000 -0.20 -0.40 -0.60 -0.80 -1.00 -1.20 -1.40 -1.60 -1.80 -2.00
4、实验中是如何验证爱因斯坦方程的？
答：作光电管的遏止电压与入射光的频率的关系曲线。如果它符合线性规律，
则实验验证了爱因斯坦方程。
5、怎样用拐点法确定截止电压?
答：测量光电管的伏安特性曲线，曲线上明显的拐点所对应的电压值就 是截止电压。
６、本实验是如何测量普朗克常数的？请简述设计思想。
答：通过测量某一频率光的伏安特性曲线，在曲线上找出其曲率半径最 大点所对应的电压值，这个电压称之为光电管的截止电压。改变不 同频率的光进行照射光电管，得到不同的截止电压，作光电管遏止 电压与入射光频率的关系曲线，其斜率乘以电子电荷量就等于普朗 克常数。
大学物理实验 P228
背景知识
“光电效应”是赫兹（H.R.Hertz）于1887年 意外发现的；后经多位科学家深入研究后，总结出 “光电效应实验规律”。 赫兹 1900年，普朗克（Planck1858—1947）为解释 “紫 外灾难”，提出了“能量子”假设【E=hv】。 爱因斯坦（Einstein1879—1955）提出的“光量子” 假说。由此圆满地解释了光电效应的各种实验规律。 10年后密立根（likan）实验中精确地测出 普朗克常数h=6.626×10-34J.S，并验证了爱因斯坦 坦爱 的光电效应方程，支持了爱因斯坦“光量子”假说。 因 斯
光电效应
练习 1.在演示光电效应的实验中，原来不带 电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧 光灯照射锌板时，验电器的指针就张开 一个角度，如图所示， 这时( )B A.锌板带正电，指针带负电 B.锌板带正电，指针带正电 C.锌板带负电，指针带正电 D.锌板带负电，指针带负电
练习 2.一束黄光照射某金属表面时，不能产 生光电效应，则下列措施中可能使该金 属产生光电效应的是( ) D A.延长光照时间 B.增大光束的强度 C.换用红光照射 D.换用紫光照射
第二节 光电效应
光的干涉、衍射现象说明了光是电磁波， 光的偏振现象进一步说明光还是横波。19 世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了 光的电磁波本质。然而，出人意料的是， 正当人们以为光的波动理论似乎非常完美 的时候，又发现了用波动说无法解释的新 现象---光电效应现象。对这一现象及其 他相关问题的研究，使得人们对光的又一 本质性认识得到了发展。
c (1 cos j )
五.康普顿效应解释中的疑难
1.经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难
①根据经典电磁波理论，当电磁波通过 物质时，物质中带电粒子将作受迫振动， 其频率等于入射光频率，所以它所发射 的散射光频率应等于入射光频率。 ②无法解释波长改变和散射角关系。
2.光子理论对康普顿效应的解释
一、光电效应现象
用弧光灯照射擦得 很亮的锌板，(注意 用导线与不带电的 验电器相连），使 验电器张角增大到 约为 30度时，再用 与丝绸磨擦过的玻 璃棒去靠近锌板， 则验电器的指针张 角会变大。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
1.什么是光电效应
当光线照射在金属表面时，能使 金属中的电子从表面逸出的现象，称 为光电效应。逸出的电子称为光电子。 光电子定向移动形成的电流叫光电流
光电效应的规律与应用分析
光电效应的规律与应用分析引言光电效应是物理学中的一个基本现象，它是指当金属或半导体表面受到光照射时，会发生电流的产生。
这一现象的发现对于理解光和电之间的相互关系具有重要的意义。
在本文中，我们将探讨光电效应的规律以及一些其在实际中的应用。
第一部分：光电效应的规律光电效应表明，当光子与金属表面相互作用时，光子的能量可以被金属表面上的电子吸收，从而克服金属表面的束缚力，使电子从金属中被解放出来。
从光电效应的观察中可以得出以下几个规律：1. 光电效应与光的频率关系根据实验结果，光电效应的电流强度与入射光的频率相关。
当光的频率增加时，光电效应的电流也会增加。
这表明光电效应与光子能量有关，而光子能量与光的频率成正比。
2. 光电效应与光的强度关系与光的频率不同，光电效应的电流强度与光的强度没有线性关系。
实验证明，当光的强度增加时，光电效应的电流强度虽然增大，但在一定范围内，电流强度会趋于饱和。
这说明光电效应与光子的数量有关。
第二部分：光电效应的应用光电效应在许多实际应用中发挥着重要的作用，以下是其中的几个例子：1. 光电池光电池是一种将光能转化为电能的装置。
它利用光电效应的原理，在光照射下产生电压和电流。
光电池广泛应用于太阳能发电、电子计量仪器和光电传感器等领域。
2. 光电检测器光电检测器利用光电效应检测物体的存在或性质。
例如，光电门常用于自动门的开关控制，它通过检测被遮挡的光线来判断门的开闭状态。
光电检测器还可用于逆光测距仪、红外线报警器和光电编码器等设备中。
3. 光电管光电管是一种利用光电效应将光信号转化为电信号的器件。
它通常由光敏阴极（具有光电发射功能）和阳极（用于收集电子）组成。
光电管广泛应用于放大、计数和测量等领域。
例如，在放射性测量仪器和光谱仪中经常使用光电管来检测放射性物质或测量光谱的强度。
结论光电效应是光和电之间相互作用的重要现象。
通过对光电效应的规律的研究，我们可以更好地理解光子与电子的相互关系。
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“光电效应”的规律及几个相关概念分析重庆市潼南塘坝中学 张大洪 402678从物理教材上的演示实验（图1示）可发现，当用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束中吸取能量并从金属表面逸出到空中去，我们将此现象称作“光电效应”现象。
“光电效应”现象从事实上揭示了光的粒子本性，爱因斯坦在此基础上提出了“光子说”；但本节中将涉及到以下几组相关概念的理解与分析却成了学习的难点，为此本文将对几组相关概念作出细致的研析以期对广大学生的学习起到事半功倍的作用。
“光电效应”定义：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射出电子的现象叫做光电效应。
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的电流称光电流。
“光电效应”的规律：①各种金属都存在极限频率()00γλ或极限波长，只有入射光的频率()00γγλλ≥≤或入射光波长 才能发生光电效应；②瞬时性：光电效应的产生几乎是瞬时的（光电子的产生不超过910s －）；③光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入光的频率增大而增大；④当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入光的强度成正比。
从上可以发现有以下几组相关概念： 1. “光子”与“光电子”：光子是指在空间传播的光束能量的最小单位，它是一份能量(即能量是不连续的)，光子不带电，是微观领域中一种只含有能量的粒子，且光子的运动质量为22h m c c φεν==、动量为h h p m c c φνλ===，光子的静止质量为0；而光电子是金属表面受到光照时发射出来的电子，因此其本质就是电子（带电191.610q C -=-⨯，静止质量319.110m kg -=⨯）．2．“光子的能量”与“入射光的强度”：光子的能量是一份一份的，频率为γ的光子的能量为hch εγλ==，故光子的能量只由其频率（或波长）大小决定；而入射光的强度P 将由“光的能流密度I ——单位时间内通过单位面积的某一频率的光子数N ”决定，且I N h γ=⋅，那么入射光的强度P I s N h s γ=⋅=⋅⋅（式中s 为被光束照射的金属表面的面积——即某一给定面积，且N s ⋅为单位时间内到达金属表面——“即单位时间内通过给定面积”的光子数），故入射光的强度必由单位时间到达金属表面——“即单位时间内通过给定面积”的某一频率的光子数目决定；根据爱因斯坦光子理论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hch εγλ==,如果hch εγλ==大于电子从金属表面逸出时所需的逸出功W ,这个电子就从金属中逸出。
3．“光电子的最大初动能”与“光电子的动能”：光照射到金属时，电子吸收一个光子的能量h ν后，就可能向各个方向运动，一部分消耗于克服核的引力及其它原子阻碍做功，剩图1余部分转化为初动能．只有从金属表面逸出的电子克服阻力做功最小，故其具有的初动能最大，其值为 E km =h ν - W(式中W 为金属的逸出功)，而不从金属表面直接逸出的光电子，其逸出金属后的动能E k <E km ． 最大初动能的测定方法：实验电路如图2甲当图中电流表G 读数为零时，伏特表V 中的读数就是图乙中的U 。
设光电子的最大初动能为212mv ，若光电子置于图2匀强电场中，则光电子作匀减速直线运动。
在电子运动的位移上，设电势差为0U ，电子电量为e ，当2012mv U e =,电场对光电子做负功，光电子的动能将变为零,所以0U e 就代表光电子的 最大初动能；根据爱因斯坦光电方程212m Km mv h WE h W γγ=-=-或可得到光电子从金属表面逸出时的最大初动能与入射光的频率γ成线性关系，当入射光的频率0γγ<时不管照射光的强度多大金属也不会产生光电效应。
4．“光电流”与“饱和光电流”： 1）正向电压与反向电压：在图2甲电路中让单色光照射高电势K 板时，光电效应所逸出的电子将被K 、A 间的电场阻碍而向A 极作减速运动，将此时加于K 、A 间的电压称作反向电压；在图3示电路中让单色光照射低电势K 板时，光电效应所逸出的电子将被K 、A 间的电场加速而向A 极运动，将此时加于K 、A 间的电压称作正向电压； 2）“光电流”：无论K 、A 间加上正向电压或反向电压时，K 板在光照下产生光电效应发出的光电子均可能运动到达A 板而在电路中形成电流，即G 表均有示数，故将此电流称作光电流；在K 板金属及入射光的频率、强度均保持不变时，电路中的光电流强度的大小（G 表示数）将随反向电压绝对值的增大而减小，也将随正向电压的增大而先增大后恒定；在K 板金属、入射光的频率及K 、A 间电压（含正向电压与反向电压）不变时，入射光强度越大，单位时间到达金属表面光子数越多，则从金属逸出的光电子也越多，因而到达A 极的光电子也越多，故电路中光电流强度也越大。
3）“饱和光电流”： 在K 板金属及入射光的频率、强度均保持不变时，K 板在光的照射下单位时间内逸出的光电子的数目是一定的，由于逸出金属后的不同光电子运动方向及具有的动能不同，部分光电子只有在电场力作用下才能到达阳极A ，正向电压U 较小时只有部分光电子能运动到阳极A 故此时电路中的光电流较小；随正向电压的增大将使而多的光电子能加速运动到A 极故光电流也随之增大，当正向电压U 比较大使得从K 板逸出的所有光电子已经全部能加速运动到A 极时，电路中的光电流即达到了最大值，这时即使再增大正向电压U ，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动A 极，电路中的光电流也就不会再增加而保持恒定不变，将电路中此时的电流称作饱和光电流I m ，故饱和光电流是一定频率与强度的光照射下的最大光电流。
在K 板金属、入射光的频率及K 、A 间正向电压不变时，入射光强度越大，单位时间到达金属表面光子数越多，则从金属逸出的光电子也越多，因而到达A 极的光电子也越多；由于金属中的一个电子同时吸收两个及以上光子的几率是极小的，故从金属逸出的光电子数目必与一定频率入射光中的光子数相同，因而电路中的饱和光电流强度必与入射光的强度成正比，且由电流强度的定义可得饱和光电流的大小为m q entI en t t===（其U +-m e 、乙甲图2图3中n 为每秒发出的光电子个数）。
5．金属的极限频率、极限波长、逸出功金属的逸出功W ：金属中的电子能从该金属逸出所需要的最低能量称该金属的逸出功，某种金属的逸出功是恒定不变的，不同金属的逸出功不同； 金属的极限频率（或极限波长）：使金属能产生光电效应的入射光最小频率（或最大波长），也即是与此金属的逸出功相应的频率（或波长），其值为0W h γ=（或0hc Wλ=），对某一金属其极限频率（或极限波长）是一定的。
6、遏止电压a U ：如果使上图甲中K 、A 间的反向电压足够大，使从金属板K 表面释放出的具有最大初动能的电子恰好不能到达阳极A 时，电路中的光电流便降为零，此时在K 、A 间所加的反向电压叫遏止电压a U ，其大小满足212m a m eU υ=；又由爱因斯坦光电方程212m mv h W γ=-可见遏止电压a U 与入射光的频率成线性关系而与入射光的强度无关。
例1、图3示为光电效应实验电路图.在某一定强度、一定频率的单色光照射下，调节电位器可得到不同电流I ——电压U 关系；若改变照射光频率ν可得到光电子最大初动能0k E 与照射光频率的关系； 已知截止电压U c ＝- 0.38V ，当用波长为5×10-7m 的光照射时试求：(1)光电子的最大初动能；(2)阴极材料的逸出功；(3)阴极材料的极限频率.【解析】（1）根据遏止电压a U 定义与计算212m a m eU υ=可得光电子的最大初动能为2000.38 6.0810k c E e U eV J -=-⋅==⨯（2）由212m mv h W γ=-及入射光子的能量为193.9810 2.49hch J eV εγλ-===⨯=因而阴极材料的逸出功为21 2.112m W h mv eV γ=-= (3)由极限频率定义140 5.110WHz hγ==⨯ 例2、用某种单色光照射某种金属表面并发生光电效应，现将该单色光的光强减弱则：A ．光电子的最大初动能不变B ．光电子的最大初动能减少C ．单位时间内产生的光电子数减少D ．可能不发生光电效应【解析】选A 、C ．该单色光照射某种金属表面时能发生光电效应，则根据爱因斯坦光电效应方程212m mv h W γ=-得入射光频率不变时光电子的最大初动能不变；若该单色光的光强减弱，则表明单位时间内射到金属表面上的光子数减少，产生的光电子数也必减少．例3、在距离功率P=1W 的点光源3m 远处放有一钾薄片，钾薄片中的电子可以在半径100.510r m -=⨯的圆面积范围内收集能光子量，已知钾的逸出功为 1.8w eV =；(1)按照经典电磁理论计算电子从被照射到逸出需要多长时间？(2)如果光源发出波长为589.3nm λ=的单色光，根据光子理论求单位时间打到钾片单位面积上有多少光子.【解析】(1) 按照经典电磁理论,光源发出的光将向各个方向均匀的辐射，其照射到离光源3d m =处的球面单位面积的功率为24Pd π，故钾薄片上半径r 的圆面积内的光照功率是102222(0.510)2344(3)1710m r d m P P W W ππππ-⨯⨯-'==⨯=⨯；假定这些能量全部被电子所吸收,那么可以计算出光从开始照射到电子逸出表面所需的时间为：9231.81.6107104000JA P Wt s --⨯⨯'⨯==≈。
(2) 按照光子理论波长为589.3nm λ=的每一个光子的能量为34819196.6310310589.310 3.410 2.1hc J s m sm h J eV λεν----⨯⋅⨯⨯⋅⨯====⨯≈，每单位时间打在距光源3m 的钾片单位面积上的能量为22221621.044(3)0.8810() 5.510()W P d m I J m s eV m s ππ--===⨯⋅=⨯⋅，因而单位时间打到钾片单位面积上有多少光子16211625.5102.1 2.610()eV m s I eVN m s ε---⨯⋅⋅===⨯⋅例4、如图所示阴极K 由极限波长0λ=0.66m μ的金属制成，若闭合电键用波长λ=0.50m μ的绿光照射阴极K ，将滑动片C 缓慢向b 移动中发现电流表示数最终为0.64A μ并不变，求：(1)每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能．(2)如果将照射阴极绿光的光强（入射光的强度）增大为原来的2倍，每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能．【解析】(1)由图知当滑动片C 滑到滑片P 的右端时即对光电管加上了正向电压，且从题可得当阴极发射的光电子全部达到阳极时，光电流即达到饱和值0.64A μ，故由电流强度定义m q ent I en t t===则此时每秒发射的光电子个数为612190.6410 4.0101.610m I n e --⨯===⨯⨯个；根据光电效应方程知光电子的最大初动能：20009.910k ccE h W hhJ γλλ-=-=-=⨯(2)由于照射光的频率不变由212m mv h W γ=-得光电子的最大初动能不变仍为2009.910k E J -=⨯；只将光强加倍则每秒内发射的光电子数也加倍，故饱和光电流m q entI en t t===也增大为原来的2倍，因而每秒阴极发射的光电子个数也增大为原来的2倍即/1228.010n n ==⨯练习：【06江苏.6】研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为ν的光照射光电管阴极K 时，有光电子产生。