光电效应及其规律
光电效应
光电效应 实验
灵敏电 流计
弧光灯 锌板
铜网
紫外光照射时电流计指针发生偏转
一、光电效应
• 1.什么是光电效应 什么是光电效应? 什么是光电效应 当光线照射在金属表面时， 当光线照射在金属表面时，金属中 有电子逸出的现象，称为光电效应 光电效应。 有电子逸出的现象，称为光电效应。 逸出的电子称为光电子。 逸出的电子称为光电子。
光是从光源发出的一种物质微粒， 光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀介质 中以一定的速度传播，能解释光的反射现象。 中以一定的速度传播，能解释光的反射现象。
认为光是一种波， 认为光是一种波，在实验中观察到了光的干涉和 衍射现象，这是波动的特征，微粒说无法解释。 衍射现象，这是波动的特征，微粒说无法解释。
• 金属中的电子吸收光子后，如 果能克服 金属的逸出功，从金属表面溢出， 金属的逸出功，从金属表面溢出， ________________________ 成为光电子;但不同的金属这种 束缚程度不同,电子逃逸出来所 需要吸收光子的能量不同,所以 不同的金属要发生光电效应就 存在一个 入射光的频率必须大
三、爱因斯坦光电效应方程 1、逸出功：W = hν 0 逸出功： 2、爱因斯坦光电效应方程： 爱因斯坦光电效应方程：
EK/ev
ν0
ν /Hz
Ek = hν −W
ν是入射光的频率，ν 0 是金属的极限频率。
金属的极限波长 λ0 = c
ν0
四、光子说对光电效应现象的解释
问题1:是否一个电子只吸收一个光子 问题 是否一个电子只吸收一个光子
问题2:入射光强增大几倍 光电流强度 问题 入射光强增大几倍,光电流强度 入射光强增大几倍 一定增大几倍吗? 一定增大几倍吗?
物理 光电效应
小 结
一、 光电效应的实验规律 1.单位时间内 从受光照射的电极上释放出来的光 单位时间内,从受光照射的电极上释放出来的光 单位时间内 电子数目N与入射光的强度 成正比。 与入射光的强度I成正比 电子数目 与入射光的强度 成正比。
1 2 2.光电子的最大初动能随入射 光电子的最大初动能随入射 mv = ekν eu0 光的频率ν呈线性地增加 呈线性地增加,与入射光 光的频率 呈线性地增加 与入射光 2 强度无关。 强度无关。 u0 3. 光电效应有一定的截止频率。 光电效应有一定的截止频率。 ν0 =
约化的普朗克常量： 约化的普朗克常量：
v e
r
h = 2π
Ze
波尔确实依据它的三点假设揭示了实验中 观测的光谱现象的物理规律
玻尔在1922年12月10日， 年 月 日 玻尔在 获得了诺贝尔物理奖。 获得了诺贝尔物理奖。
12
2、 氢原子轨道半径和能量 、 （1） 轨道半径 ）
vn
+e
2
(m,e)
rn
1 1 me ν= 2 3 ( 2 2) 8ε0ch k n
4
RH实 = 1.096776 ×10 m
7
-1
分符合
相差Leabharlann 17 5 / 10000似氢离子： 似氢离子：核外只有一个电子
He
+
L
++
Be
+++
说明： 说明： 玻尔理论除可用来处理氢原子问题外， 玻尔理论除可用来处理氢原子问题外，还能用来处理 似氢离子。 似氢离子。在r n和E n的推算中对核电荷用 Z e 代替 代替e 电子的轨道半径
专题12 光电效应 原子核 高考物理热点难点专题突破(原卷版)
专题12 光电效应原子核一、光电效应及其规律1.光电效应的产生条件入射光的频率大于等于金属的截止频率。
2.光电效应规律(1)每种金属都有一个截止频率,入射光的频率必须大于等于这个截止频率才能产生光电效应。
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光频率的增大而增大。
(3)光电效应的发生几乎是瞬时的,一般不超过10-9 s。
(4)当入射光的频率大于等于截止频率时,饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。
3.爱因斯坦光电效应方程(1)光子说:光的能量不是连续的,而是一份一份的,每一份叫作一个光子,光子的能量ε=hν。
(2)逸出功W0:电子从金属中逸出所需做功的最小值。
(3)最大初动能:发生光电效应时,金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。
(4)光电效应方程①表达式:hν=E k+W0或E k=hν-W0。
②物理意义:在光电效应中,金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0,剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。
二、光谱和能级跃迁1.氢原子光谱(1)光谱:用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开,获得光的波长(频率)和强度分布的记录,即光谱。
(2)光谱分类(3)光谱分析:利用每种原子都有自己的特征谱线可以鉴别物质和确定物质的组成成分,且灵敏度很高。
在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。
2.氢原子的能级结构、能级公式(1)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:电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时,会放出能量为hν的光子,这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定,即hν=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。
光电效应
1.光子：
2.爱因斯坦的光电效应方程
一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能
量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸 出后电子的初动能Ek，即：
h Ek W0
或 Ek h W0
Ek
1 2
mevc2
——光电子最大初动能
W0
——金属的逸出功
四.爱因斯坦的光量子假设
3.光子说对光电效应的解释
3、光电子的最大初动能
从阴极出发的光电子的最大初动能与入射光的频率成 线性关系。
由于电子受到金属表面层的引 力作用，电子要从金属中挣脱出 来，必须克服这个引力做功。使 电子脱离某种金属所做功的最小 值，叫做这种金属的逸出功。
最大初动能=电子吸收的能量-逸出功
存在遏止电压UC：使光电流减小到零的反向电压
以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以 无法用经典的波动理论来解释光电效应。
四.爱因斯坦的光量子假设
1.光子：
光本身就是由一个个不可分
爱 的爱 了光因启因斯子斯发坦说坦，他从割的普提的 光朗出能 的：克量 能的子 量能组 子量成 为子的h说ν。，中这频得些率到能为ν
量子后来被称为光子。
E h
四.爱因斯坦的光量子假设
C.在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光 的频率无关
D.任何一种金属都有一个极限频率，低于这个 频率的光不能发生光电效应
二.光电效应的实验规律
（1）存在饱和电流
光照不变，增大UAK，A表中电流达到 某一值后不再增大，即达到饱和值。
在光照条件一定时，单位时间内K发 射的电子数目是一定的。
实验表明：
三.光电效应解释中的疑难
1 .逸出功W0
温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到 金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出 来，必须克服这个引力做功。
光电效应
一．对光电效应实验规律，方程以及图像的考查1.光电效应现象光电效应：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.2.光电效应规律(1)每种金属都有一个.(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的.(4)光电流的强度与入射光的成正比.(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子.光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s.(2)光电效应方程：.其中hν为入射光的能量，E k为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功.4.遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c.(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率).不同的金属对应着不同的极限频率.(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的，叫做该金属的逸出功.1.1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象.关于光电效应，下列说法正确的是（AD ）A.当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C.光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D.某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应2.用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度则A.逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B.逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C.逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D.光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了3.关于光电效应的规律，下列说法中正确的是(D)A.只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生B.光电子的最大初动能跟入射光强度成正比C.发生光电效应的反应时间一般都大于10－7 sD.发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比4.如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴交点坐标为0.5).由图可知(AC)A.该金属的截止频率为4.27×1014 HzB.该金属的截止频率为5.5×1014 HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5 eV5.在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为______.若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为______.已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.答案hcλ0hc(λ0－λ)eλ0λ6.小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图4甲所示.已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，结果保留三位有效数字.(1)图甲中电极A为光电管的______(填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U c与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝____Hz，逸出功W0＝________J；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能E k＝________J.答案：(1)阳极(2)5.15×1014(5.10×1014～5.20×1014均可) 3.41×10－19(3.38×10－19～3.45×10－19均可)(3)1.23×10－19(1.19×10－19～1.26×10－19均可)7. 研究光电效应的电路如图5所示.用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流.下列光电流I 与A、K之间的电压U AK的关系图象中，正确的是___C_____.8.当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时 ( C )A.锌板带负电B.有正离子从锌板逸出C.有电子从锌板逸出D.锌板会吸附空气中的正离子9. 以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个 光子而从金属表面逸出.强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属， 由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实.光电效应实验装置示意图如图7所示.用频率为ν的普通光源照射阴极K ，没有发生光电效应，换用同样频率ν的强激光照射阴极K ，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U ，即将阴极K 接电源正极，阳极A 接电源负极，在K 、A 之间就形成了使光电子减速的电场.逐渐增大U ，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W 为逸出功，h 为普朗克常量，e 为电子电量)( B )A.U ＝hνe －W eB.U ＝2hνe －W eC.U ＝2hν－WD.U ＝5hν2e －W e10. 如图8所示，用a 、b 两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现当a 光照射时验电器的指针偏转，b 光照射时指针未偏转，以下说法正确的是( D )A.增大a 光的强度，验电器的指针偏角一定减小B.a 光照射金属板时验电器的金属小球带负电C.a 光在真空中的速度大于b 光在真空中的速度D.a 光在真空中的波长小于b 光在真空中的波长11.如图所示的实验电路，当用黄光照射光电管中的金属涂层时，毫安表的指针发生了偏转.若将电路中的滑动变阻器的滑片P 向右移动到某一位置时，毫安表的读 数恰好减小到零，此时电压表读数为U .若此时增加黄光照射的强度，则毫安________(选填“有”或“无”)示数.若改用蓝光照射光电管中的金属涂层，则毫安 表________(选填“有”或“无”)示数.答案 无 有12.光电效应实验中，下列表述正确的是( CD )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时才能产生光电子13.光电效应的实验结论是：对于某种金属( AD )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14.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，下列说法中正确的是( D )A.有可能不发生光电效应B.从光照射到金属表面上至发射出光电子之间的时间间隔将明显增加C.逸出的光电子的最大初动能将减小D.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少15.对光电效应的理解正确的是 ( BD )A.金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B.如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C.发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D.由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属发生光电效应，入射光的最低频率也不同16.如图1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( ABC )A.该金属的逸出功等于EB.该金属的逸出功等于hνcC.入射光的频率为2νc 时，产生的光电子的最大初动能为ED.入射光的频率为νc 2时，产生的光电子的最大初动能为E 217.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，可得到光电子的最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k —ν图象.已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.34 eV ，若将二者的图线画在同一个坐标图中，以实线表示钨，虚线表示锌，如图所示，则正确反映这一过程的图象是 ( A )18.在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图2所示，则可判断出( B )A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光的频率大于丙光的频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能19.如图3所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则( B )A.若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流B.若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流C.增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大D.若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生12.2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图象传感器.他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理.如图4所示电路可研究光电效应规律.图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极.理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压.现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计中有示数；若将滑动变阻器的滑片P 缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V；现保持滑片P位置不变，光电管阴极材料的逸出功为______，若增大入射光的强度，电流计的读数______(选填“为零”或“不为零”).答案 4.5 eV为零13.现有a、b两种单色光，其波长关系为λa>λb，用a光照射某种金属时，恰好发生光电效应.则：(1)用b光照射该金属时，________发生光电效应；(填“能”或“不能”)(2)增加a光的强度，释放出光电子的最大初动能________增大.(填“会”或“不会”)答案(1)能(2)不会二、光的波粒二象性，物质波光既具有波动性，又具有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：(1)个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性.(2)频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，而贯穿本领越强.(3)光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性.1、关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是(D)A.不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B.运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C.波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D.实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性2.用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图3所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片.这些照片说明(D)A.光只有粒子性没有波动性B.光只有波动性没有粒子性C.少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D.少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性3.下列说法正确的是(C)A.有的光是波，有的光是粒子B.光子与电子是同样的一种粒子C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D.γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性4.物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度.使光子只能一个一个地通过狭缝.实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹.对这个实验结果下列认识正确的是(BCD)A.曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点B.单个光子的运动没有确定的规律C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D.只有大量光子的行为才表现出波动性。
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。
2.2 光电效应 爱因斯坦光量子理论
入射光较强时，含有的光子数较多，所以获得 能量而逸出的电子数也多，饱和电流也就大。
（3）当 h A 时, 电子无法获得足够能量脱 离金属表面，因此存在红限 0 。
0 A h
11
近代物理
第2章 量子物理基础
（4）遏止电压与照射光的频率成线性关系:
h
1 2
mvm2
A
eU c
1 2
mvm2
该金属表面逸出，
这个频率叫截止频 如果入射光的频率小于截止
率（红限）。
频率则无论入射光强度多大， 都没有光电子逸出。
7
近代物理
第2章 量子物理基础
二、经典物理解释的困难 红限问题
按经典理论,无论何种频率的入射光,只要 其强度足够大，就能使电子具有足够的能量逸 出金属→与实验结果不符。
瞬时性问题 按经典理论，电子逸出金属所需的能量， 需要有一定的时间来积累，一直积累到足以使 电子逸出金属表面为止→与实验结果不符。
和强度的单色光照射K时, 金属将
释放出光电子， 若在两极上加一
定电压, 则回路中就出现光电流。 爱因斯坦(Einstein)
2
近代物理
第2章 量子物理基础
3
近代物理
第2章 量子物理基础
2.实验规律
阴极 K 在单位时间
i
内发射的光电子数与入
射光的强度 I 成正比。
is
（1）瞬时性
（ 2 ） 饱 和 电 流 Is ： 光 电 流 I随UAK 增大而 增 大 ， 趋于饱和值 is，光电流与 单位时间从阴极发射的 光电子数成正比。
第2章 量子物理基础
2.爱因斯坦光电效应方程
h
A
1 2
mvm2
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
照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。
锌板带什么电？
2.光电效应的实验
实验规律 （1）存在着饱和电流 入射光越强，饱和电流越大，即单 位时间发射的光电子数越多。
A
V
（2）存在着遏止电压和截止频率 光电子的能量与入射光的频率有关， 与入射光的强度无关。 入射光的频率低于截止频率时不能 发生光电效应 （3）效应具有瞬时性 几乎在照到金属时立即产生光电流， 时间不超过10-9s
例题：密立根的试验的目的是：测量金属的遏止电压UC 与入射光频率v，由此算出普朗克常数h，并与普朗克根 据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦方程式的 正确性。
下表示某次试验中得到的某金属的UC和v的几组对应 的数据。
UC/v 0.541 0.637 5.888 0.714 6.098 0.809 6.303 0.878 6.501
3.光电效应实验规律的解释
经典电磁理论
a.可以解释实验规律一，光越强，光的能量越大，逸出的光电数越多， 光电流越大。 b.但不能解释，遏止电压和截止频率，以及光电效应的瞬时性
爱因斯坦的光子说
光本身是由一个个不可分割的能量子组成，每一个能量子称为一个光子
1）一个电子只吸收一个光子，不需要积累能量的光子数为n
则nhc/λ =1%×W
所以n=1%W λ /hc≈2.26×1016个
设光的传播方向上传播1m长的光束内的光子数为n1
n1=nt=nl/c ≈7.5×107个
平均1s内1cm2能接收的光子数为n2 n2=n/s≈2.26×1015个
v/1014Hz 5.644
试作出UC—v图像并通过图像求出
（1）这种金属的截止频率
（2）普朗克常数
光电效应的实验规律
2.光电子 光电效应中逸出的电子称为光电子。
3.光电流 光电子定向移动形成
的电流叫光电流。
二、光电效应的实验规律
1.器材：如右图 2.原理： （1）光的强度。 （2）光的颜色由频率决定。
3.步骤： ①用强度较小的黄光照射K极 ②调节滑动变阻器的滑片，使A、K两极间电压 U增大，记录电压表和电流表示数变化情况。
光的粒子性
第一课
一、光电效应
用与毛皮磨擦过的橡 胶棒接触不带电的锌板 使其带上负电(注意锌 板与验电器相连），使 验电器张角达到一定程 度。再用紫外线灯照射 该擦得很亮的锌板。
现象：验电器的指针张角先变小后变大。
结论：表明锌板在光线照射下失去电子而 带正电。
1.光电效应 照射到金属表面的光，能使金属中的电
时间内发射的光电子数越多。
红光
● 存在着遏止电压
使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压
1 2
me
vc2
eU c
光电子的能量只与入射光的频率低于截止频率（ c）时不发生
光电效应。 ● 光电效应具有瞬时性
红光
把电源正负极对调，调节滑 动变阻器的滑片，使AK两极 间电压U增大，记录电压表 和电流表示数变化情况。
③用强度较大的黄光照射K 极，重复②的操作。 ④用蓝光照射K极，重复②的操作。 ⑤用红光照射K极，重复②的操作。
4.数据：
红光
5.数据分析： ● 存在着饱和电流 对于一定颜色的光，入射光越强，单位
15-2 光电效应
λ= ν
A=
c
h A Ua = ν − e e hc A Ua = − eλ e
hc
λ
− eUa
A ν0 = h
§15-2 光电效应
一、光电效应的实验规律
§15-2 光电效应
一、光电效应的实验规律
G
A
K
I IH 2 1 3
U
实验原理
Ua
0
U
光电效应有如下规律： 光电效应有如下规律： 1、对于一定强度的单色光： 、对于一定强度的单色光：
I IH 2 1 Ua 0 U 3
I H = Ne
对于同一单色光，改变其 对于同一单色光， 光强：＇ 光强：＇ ′ ′
规律四： 规律四：
只要入射光的频率大于该金属的红限， 只要入射光的频率大于该金属的红限，当光照射到这 种金属的表面时，几乎立即产生光电子， 种金属的表面时，几乎立即产生光电子，而无论光强 多大。 多大。
二、经典理论遇到的困难 • 光的波动理论：光波的能量决定于光波的强度，而强 光的波动理论：光波的能量决定于光波的强度， 度与振幅的平方成正比。所以，入射光的强度越高， 度与振幅的平方成正比。所以，入射光的强度越高，金 属内自由电子获得的能量就越大， 属内自由电子获得的能量就越大，光电子的初动能也应 该越大。与实验规律二矛盾！ 该越大。与实验规律二矛盾！ •光的波动理论：如果入射光的频率较低，总可以用增 光的波动理论：如果入射光的频率较低， 光的波动理论 大振幅的方法使入射光达到足够的能量， 大振幅的方法使入射光达到足够的能量，以便使自由 电子获得足以逸出金属表面的能量。不应该存在入射 电子获得足以逸出金属表面的能量。 光的频率限制。与实验规律三矛盾！ 光的频率限制。与实验规律三矛盾！ •光的波动理论：因为自由电子从入射光那里获得能量 光的波动理论： 光的波动理论 需要一个积累的过程，特别是当入射光的强度较弱时， 需要一个积累的过程，特别是当入射光的强度较弱时， 积累能量需要的时间较长。与实验规律四矛盾！ 积累能量需要的时间较长。与实验规律四矛盾！
光电效应
爱因斯坦光电效应方程
1 2 h mv m A 2
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.
IH
光强较弱
光电效应的伏安特性曲线
Ua
O
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U a叫遏止电势差。
1 2 mvm eU a 2
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
例18-3 波长l =4.0×10-7m的单色光照射到金属铯 上，求铯所释放的光电子最大初速度。
解：铯原子红限频率 0 =4.8×1014 Hz，据爱 因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能：
1 2 mvm h A 2
利用关系 代入已知数据
c A h 0
vm 6.50 10 m/s
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 c 束以 运动的粒子流,这些粒子称为光量子,现在称为 h 光子,每一光子的 能量为 ,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。
(完整版)高中物理光电效应知识点
一、光电效应和氢原子光谱知识点一：光电效应现象1.光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，其随入射光频率的增大而增大．(3)大于极限频率的光照射金属时，光电流强度(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比．(4)金属受到光照，光电子的发射一般不超过10－9_s. 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，光子具有的能量与光的频率成正比，即：ε＝hν，其中h ＝6.63×10－34 J·s.3．光电效应方程(1)表达式：hν＝E k ＋W 0或E k ＝hν－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hν，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 ＝12m v 2.知识点二： α粒子散射实验与核式结构模型1.卢瑟福的α粒子散射实验装置(如图13－2－1所示)2．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13－2－2所示．α粒子散射实验的分析图3．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．知识点三：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)光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱． 有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱． (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 (122－1n2)(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hν＝E m －E n .(h 是普朗克常量，h ＝6.63×10－34 J·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．点拨：易错提醒(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线数为N ＝C 2n ＝n (n －1)2，一个氢原子跃迁发出可能的光谱线数最多为(n －1)．(2)由能级图可知，由于电子的轨道半径不同，氢原子的能级不连续，这种现象叫能量量子化．考点一：对光电效应的理解 1.光电效应的实质 光子照射到金属表面，某个电子吸收光子的能量使其动能变大，当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时，便飞出金属表面成为光电子．2．极限频率的实质光子的能量和频率有关，而金属中电子克服原子核引力需要的能量是一定的，光子的能量必须大于金属的逸出功才能发生光电效应．这个能量的最小值等于这种金属对应的逸出功，所以每种金属都有一定的极限频率．3．对光电效应瞬时性的理解 光照射到金属上时，电子吸收光子的能量不需要积累，吸收的能量立即转化为电子的能量，因此电子对光子的吸收十分迅速．4.图13－2－4光电效应方程电子吸收光子能量后从金属表面逸出，其中只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，根据能量守恒定律，E k ＝hν－W 0.如图13－2－4所示．5．用光电管研究光电效应(1)常见电路(如图13－2－5所示)图13－2－5(2)两条线索①通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．②通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大． (3)常见概念辨析⎩⎪⎨⎪⎧照射光⎩⎪⎨⎪⎧ 强度——决定着每秒钟光源发射的光子数频率——决定着每个光子的能量ε＝hν光电子⎩⎪⎨⎪⎧每秒钟逸出的光电子数——决定着光电流的强度光电子逸出后的最大初动能(12m v 2m)规律总结：(1)光电子也是电子，光子的本质是光，注意两者的区别．(2)在发生光电效应的过程中，并非所有光电子都具有最大初动能，只有从金属表面直接发出的光电子初动能才最大．考点二：氢原子能级和能级跃迁1.氢原子的能级图能级图如图13－2－6所示．图13－2－6相关量 意义 能级图中的横线 表示氢原子可能的能量状态——定态 横线左端的数字“1,2,3…” 表示量子数横线右端的数字 “－13.6，－3.4…” 表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小，距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝E m －E n(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为N ＝C 2n ＝n (n －1)2. (2)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n －1)．二、核反应和核能知识点一：天然放射现象和衰变1.天然放射现象(1)天然放射现象．元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．(2)放射性和放射性元素．物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线．(4)放射性同位素的应用与防护．①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．②应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等．③防护：防止放射性对人体组织的伤害．2．原子核的衰变(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．(2)分类α衰变：A Z X→A－4Y＋42HeZ－2β衰变：A Z X→A Z＋1Y＋0－1e(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关．点拨：易错提醒(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少数原子核，无半衰期可言.(2)原子核衰变时质量数守恒，核反应过程前、后质量发生变化(质量亏损)而释放出核能.知识点二：核反应和核能1.核反应在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒．2．核力核子间的作用力．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内，只在相邻的核子间发生作用．3．核能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能．4．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2.【考点解析：重点突破】考点一：衰变和半衰期2.对半衰期的理解(1)根据半衰期的概念，可总结出公式N 余＝N 原(12)t /τ，m 余＝m 原(12)t /τ式中N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N 余、m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关． 考点二：核反应方程的书写规律总结(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒．考点三：核能的产生和计算1.获得核能的途径(1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个中等质量的核的反应过程．重核裂变的同时放出几个中子，并释放出大量核能．为了使铀235裂变时发生链式反应，铀块的体积应大于它的临界体积．(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能，要想使氘核和氚核合成氦核，必须达到几百万度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应．2．核能的计算方法(1)应用ΔE＝Δmc2：先计算质量亏损Δm，注意Δm的单位1 u＝1.66×10－27 kg,1 u相当于931.5 MeV的能量，u是原子质量单位．(2)核反应遵守动量守恒和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能．规律总结根据ΔE＝Δmc2计算核能时，若Δm以千克为单位，“c”代入3×108_m/s，ΔE的单位为“J”；若Δm以“u”为单位，则由1u c2＝931.5_MeV得ΔE＝Δm×931.5_MeV.。
光电效应
1 2 mvm eU a 2
1 2 mvm ek eU 0 2
按光的波动说，金属在光的照射下，金属 中的电子受到入射光振动的作用而作受迫 振动，这样将从入射光中吸收能量，从而 逸出表面，逸出时初动能应决定于光振动 振幅，即取决于光强，光强越大，光电子 初动能就越大，所以光电子初动能应与光 强成正比。但是，实验结果表明，光电子 初动能只与光的频率有关，而与光强无关。
而线性增大。
2.0
1.0 0.0 4.0 6.0
Cs
Na
Ca
U a k U 0
8.0 10.0 (1014Hz)
从图示可看出：不同材料的图线的斜率相同，相 互间仅为平移。k与金属材料种类无关，U0与金 属材料种类有关
i
Ua3 Ua2 Ua1
3 2 1
U
U a k U 0
金属中的电子吸收一个光子的能量→光电子的初 动能＋逸出功
1 2 mvm h W 2
与前面的实验规律比较
爱因斯坦光 电效应方程
1 2 mvm ek eU 0 2 1 2 mvm ek ek 0 2
h ek
W eU 0
U0 h 0 h W k
红限频率
W W 0 h ek
答：反冲电子动能为0.10Mev
3、光子的能量、动量、质量（粒子性特征） 能量：
h h
c
h h h 质量： m 2 2 Tcc c c c h h 动量： p mc c c
四、对光的波粒二象性的理解 1、同时具有，都是光的本性；
mc
2
2、 不同时显现；
五
光电效应在近代技术中的应用
§2-2 光电效应 爱因斯坦光子理论
光控继电器示意图
放大器
接控制机构
将一束微弱的入射光转 变成放大了的光电流
在科研、工程和军事上 有广泛的应用。
光电倍增管
[例题2—2] 波长为450nm的单色光照射到钠的表面 上（钠的逸出功A=2.28eV）。求（1）这种光的光子 能量和动量；（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？
爱因斯坦因为光电效应获得1921年诺贝尔物理学奖；十余 年后，密立根用实验验证了h的精确值，和黑体辐射中的h很好 的符合，密立根因他在测量电子电荷和光电效应方面的研究获 得1923年诺贝尔物理学奖。
到这种金属的表面时，几乎立即产生光电子，而无 论光强多大。
电子逸出的时间间隔不超过109 s。
对于上述四条规律经典物理是无法解释的。
二、经典理论遇到的困难
(1) 初动能问题 根据光的经典电磁理论，金属在光的照射
下，金属中的电子将从入射光中吸收能量，从 而逸出金属表面。电子逸出时的初动能应决定 于光振动的振幅，即决定于光的强度。所以， 入射光的强度越高，金属内自由电子获得的能 量就越大，光电子的初动能也应该越大。
(3) 瞬时性问题
按照光的经典电磁理论，产生光电子应该 有一定的时间间隔，而不应该是瞬时的。因为 自由电子从入射光那里获得能量需要一个积累 过程，特别是当入射光的强度较弱时，积累能 量需要的时间较长。
但实验结果并非如此，当物体受到光的照 射时，一般地说，不论光怎样弱，只要频率大 于截止频率，光电子几乎是立刻发射出来的。
量由光的频率所决定。
h为普朗
克常量
频率为的光子的能量为 = h
光的能量就是光子能量的总和，对于一定频率的
光，光子数越多，光的强度越大。
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光电效应及其规律
(1)光电效应现象
在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子．
(2)光电效应的产生条件
入射光的频率大于等于金属的极限频率．
(3)光电效应规律
①每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于等于这个极限频率才能产生光电效应．
②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．
③光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.
④当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比．
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