光电效应例题汇总

光电效应：光照射金属板时，可以使金属板发射电子的现象。

右图中，锌板带正电，验电器也带正电。

光电效应中，金属板发射出来的电子叫光电子，光电子的定向移动可以形成光电流。

相关知识：电磁波按照频率依次增大（波长依次减小）的顺序排列：

无线电波→红外线→可见光→紫外线→x射线→γ射线

可见光又分为7中颜色：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。

光的频率和颜色是对应关系，一个频率对应一种光的颜色。单色光就是单一频率的光。

光照强度：单位时间内照射到单位面积上的光的能量。（光线和接收面垂直时）

通俗讲，光照强度大就是光线密集的意思。房间里开一盏灯时没有开两盏灯光照强度大。

光电效应的规律：（右图为研究光电效应的电路图）

1．光电管中存在饱和电流。当光照强度、光的颜色一定时，光电流随着AK极之间的电压增大

而增大，但是当电压增大到一定程度以后，光电流就不再增大了，光电流能达到的最大值叫饱和

电流。

控制光的颜色，饱和电流与光照强度有关，光照越强则饱和电流越大。

2．光电管两端存在着遏止电压。当A、K极之间电压为零时，光电流并不为零。当在A、K极

加反向电压时，即A极为负极板，K极为正极板时，光电子在两极之间减速运动。反向电压越大，光电流越小，当反向电压达到某一值时，光电流消失，能够使光电流消失的反向电压叫遏止电压，用U C表示。

遏止电压与光照强度无关，只与入射光的频率有关，频率越大则遏止电压越大。

右图中，甲乙丙三种光的频率大小关系？

甲、乙的光照强度大小关系？

乙、

3．金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与光照强度和光照时间无关。

当入射光的频率低于某一值时，无论光照多强，时间多长都不会发生光电效应。而这一值叫做截止频率，又叫极限频率，用νc表示。

4．如果入射光的频率超过了截止频率，无论光照强度多么弱，发生光电效应仅需10-9s。

爱因斯坦为了解释光电效应，提出了光子说：

1．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E=hν。ν指光的频率。

2．金属中的自由电子吸收光子能量时，必须是一次只能吸收一个光子，而且不能累计吸收。

3．光子不能再分，自由电子吸收光子时要么是全部吸收，要么不吸收。

4．自由电子吸收光子仅需10-9s。

光子说对光电效应的解释：

1．当光照颜色一定时，光照越强，则单位时间内照射到金属上的光子数越多，光子数越多则发射出来的光电子数越多。所以光电流就越大。当A、K极间的电压大到一定程度后，所有的光电子都能从K极到达A极，出现了饱和电流。光照越强，光子数、光电子数相应越多，则饱和电流增大。

2．自由电子吸收了光子能量后，能够从金属内部逃逸出来。自由电子从金属中逃逸出来的过程中，要克服原子核对它的引力做功。自由电子从金属中逃逸出来的过程中所要克服引力所做功的最小值，叫金属的逸出功，用W0表示。逸出功是由金属本身决定的，不同的金属有不同的逸出功。

若要自由电子能够从金属中逃逸出来，则自由电子吸收的光子能量E=hν必须大于金属的逸出功W0。

因此金属存在着截止频率，hνc= W0。当光子能量hν> W0时，才能发生光电效应。

电子从金属中逃逸出来后剩余的动能，由能量守恒定律可知：E K=hν-W，其中W指自由电子逃逸过程中克服引力做的功，当W最小时，电子剩余的动能则越大，所以，电子的最大初动能E Km=hν-W0。

3．在光电管中，当在、K极加反向电压时，电场力对电子做负功，当反向电压达到遏止电压

U C时，光电子恰好不能到达A极。如右图，A极接电源负极。

则遏止电压U C满足：-eU C=0-E Km= hν-W0，所以，遏止电压只

与入射光的频率有关，与光照强度和光照时间无关。

玻尔氢原子理论：

产生背景：原子的发光光谱是线状谱，即，原子发出的光的频率（或波长）只能是一些不连续的特定值。

每一种原子都有自己独特的线状谱，就好像每一个人都有属于自己独特的指纹一样。

玻尔为了解释原子光谱的规律，提出了玻尔氢原子理论。

1．轨道量子化假设：原子核外的电子只能在一些不连续的、特定的轨道上绕核匀速圆周运动。好像这些轨道是由上帝安排好的一样。

2．定态假设：电子在那些特定轨道上运动时，不会向外辐射电磁波，整个原子的能量不会减少，原子处于相对稳定状态，简称定态。

3．能量量子化假设：电子在那些特定轨道上运动时，原子的能量也有一些不连续的特定值与之对应。原子的能量也只能是一些不连续的特定值。电子的轨道不同，原子的能量也不同。

原子的能量指：电子的动能和电子与原子核系统的电势能。

玻尔认为，电子绕原子核的运动规律与卫星绕地球的运动规律相似。轨道半径越大，则

电子的动能越小，而电势能越大，因为从低轨道到高轨道时引力做负功。

由微积分计算可知，轨道半径增大的过程中，势能增加的多而动能减小的少，所以

轨道半径越大时，原子的能量越大。

玻尔以∞轨道为电势能的零点，电子在∞轨道时，动能也是零，所以在∞时原子的能量为零。

以∞轨道为电势的零点，玻尔还计算出电子在第一轨道时，原子的能量为-13.6ev 。

电子在第n 轨道时，原子的能量为12n E E n ，其中n 是轨道数，也叫量子数。

4． 能级与跃迁：原子的每一个能量值，叫做原子的能级。电子在低轨道时，原子的能量值较

小，叫低能级状态。电子在高轨道时，原子的能量值较大，叫高能级状态。高与低都是相对的。

电子只能在那些特定的轨道上，所以电子从一个轨道到另一轨道时，好像没有中间过程，叫轨

道跃迁。

5．基态与激发态：电子在第1轨道上时，原子处于第1能级状态，此时原子最稳定，不会向

外辐射能量，叫基态。电子处在2、3……轨道上时，原子处在相对较高的能级状态，叫激发态。

6．原子从外界吸收能量时，电子会从低轨道向高轨道跃迁，原子就从低能级跃迁到了高能级。而处于高能级的原子会自发地向低能级跃迁。当原子从高能级向低能级跃迁时，原子的能级会减小，而减小的能量就以光子的形式辐射出去。跃迁一次就会发出一个光子。根据能量守恒可知，原子辐射的光子能量E=h ν=两个能级的差值。

氢原子的能级是一些特定值，所以能级差也是一些不连续的特定值，所以原子发光的光谱是线状谱。玻尔计算的氢原子的光谱与实际试验观察完全吻合，玻尔因此获得诺贝尔奖。

原子吸收光子的能量时，也是选择一定频率的，不是任意能量的光子都可以吸收。

经典例题：

1．已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0，则( )

A ．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子

B ．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0

C ．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大

D ．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍

2． 如图所示，当电键K 断开时，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极P ，发现电流表读数不为零。

合上电键K ，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V 时，电流表读数仍不为零；当电压表读数

大于或等于0.60 V 时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为（ ）

A ．1.9 eV

B ．0.6 eV

C ．2.5 eV

D ．3.1 eV

3．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)，如图所示。则可判断出（ ）

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 ．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率

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

第1轨道 第2轨道 ∞轨道