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第六章 波粒二象性
第1節 光電效應及其解釋
第1課時
1. 知道什么是光電效應，了解光電效應的實驗規律。
2. 知道光電效應與電磁理論的矛盾。
3.理解愛因斯坦的光子說以及對光電效應的解釋，會用光電效應方程解決一些簡單問題。
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這些應用都與光電效應有關。
什么是光電效應呢？
光伏發電
實驗與探究：演示光電效應
把一塊擦亮的鋅板安裝在靜電計上。把用毛皮摩擦過的橡膠棒接觸鋅板，靜電計指針的偏角將會怎樣變化？用紫外光照射鋅板，觀察靜電計指針的偏角有什么變化；停止紫外光照，靜電計指針的偏角又會怎樣變化？這說明了什么？請解釋以上現象。
一、光電效應
現象：
1、把用毛皮摩擦過的橡膠棒接觸鋅板，鋅板帶負電，驗電器指針打開。
2、用紫外光照射鋅板，驗電器指針打開角度變小。
3、停止紫外光照射鋅板，驗電器指針打開角度不再減小。
說明：
紫外光的照射可以使鋅板帶正電。有電子從鋅板表面逸出。
1.光電效應：物理學中，在光的照射下電子從物體表面逸出的現象，稱為光電效應。逸出的電子稱為光電子。
光電效應的產生跟什么因素有關呢？
如圖是一種典型的光電管結構示意圖，抽成真空的玻璃管內密封有陰極和陽極，在陰極表面涂有某種金屬材料，當受到光照射時產生光電子。
光電效應的實驗
電流表：測光電流的大小
電壓表：測兩極之間的電壓大小
滑動變阻器：改變兩極之間的電壓大小
研究光電效應的電路圖
如圖，光束可由玻璃窗口進入，投射到陰極 K 上。陰極 K 與陽極 A 之間的電壓可通過滑動變阻器進行調節，電源的正負極也可對調。當發生光電效應時，陰極 K 發射的光電子被陽極 A 吸收后，形成光電流。因此，我們可通過該電路來探究光電效應的規律。
當入射光的頻率低于某一頻率時，光電流消失，不會產生光電效應，這一頻率稱為極限頻率。
1.極限頻率
不同金屬的極限頻率不同。
極限頻率與金屬自身的性質有關。
理解：(1)金屬要發生光電效應與入射光強弱無關，只與頻率有關。
(2)入射光頻率低于極限頻率時，不管光照多強，金屬都不會發生光電效應！
光照不變，光電流隨電壓的增大而增大，當電流增大到一定值后，即使電壓再增大，電流也不再增加，達到一個飽和值，即為飽和電流。
2.飽和電流
理解：
頻率不變，入射光越強，飽和電流越大，單位時間內發射的光電子數越多。
當K、A間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當電壓達到某一值Uc時，光電流恰為0。Uc稱遏止電壓。
3.遏止電壓
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?
同一種金屬，遏止電壓只與光的頻率有關。
光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關，入射光的強弱無關。
理解：光電子克服電場力做功，到達A極板時速度剛好為零。
即使入射光的強度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉。
4.光電效應具有瞬時性
更精確的研究推知，光電子發射所經過的時間不超過10-9秒（這個現象一般稱作“光電子的瞬時發射”）。
1.光的電磁理論與光電效應的矛盾
電磁理論
＊不存在截止頻率
＊截止電壓→光強
＊需要長時間
存在截止頻率
遏止電壓
→頻率
瞬時<10-9s
實驗結果
光電效應中的一些重要現象無法用經典電磁理論解釋
二、光電效應的解釋
愛因斯坦根據普朗克的量子理論提出了光量子的概念。
2.光子：
光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν。這些能量子后來被稱為光子。
3.愛因斯坦的光電效應方程
一個電子吸收一個光子的能量hν后，一部分能量用來克服金屬的逸出功W，剩下的表現為逸出后電子的初動能Ek，即：
① Ek = hν－W表明：只有當 hν > W時，光電子才可以從金屬中逸出， νc = W /h 就是金屬的極限頻率。
4. 對光電效應的解釋
② Ek = hν－W表明：光電子的最大初動能與入射光的頻率有關，而與光的強弱無關，這就解釋了遏止電壓和光強無關。
③電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，所以光電流幾乎是 瞬時產生的。
④對于同頻率的光，光較強時，單位時間內照射到金屬表面的光子數較多，照射金屬時產生的光電子較多，因而飽和電流較大。
5.對光電效應方程的檢驗
根據光電效應方程可得：
對于確定的金屬，其逸出功是確定的，Uc與光的頻率v之間是線性關系。1907年起，美國物理學家密立根開始以精湛的實驗技術測量光電效應中幾個重要的物理量，1916年，他的實驗結果完全肯定了愛因斯坦光電效應方程。
【愛因斯坦由于提出了光電效應理論而獲得1921年諾貝爾物理學獎】
1. (多選)電器指針原來是閉合的，現讓紫外線燈發出的光照射鋅板，發現驗電器指針張開了，則(　 　)
A. 驗電器的指針帶了正電
B. 該實驗表明光是一種電磁波
C. 增強紫外線燈的發光強度，指針張角會增大
D. 紅光照射鋅板，驗電器的指針張角一定會變得更大
AC
2. 利用光電管研究光電效應實驗如圖所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則(　 　)
A．用紫外線照射，電流表一定有電流通過
B．用紅光照射，電流表一定無電流通過
C．用紅外線照射，電流表一定無電流通過
D．用頻率為ν的可見光照射K，當滑動變阻器的滑動觸頭移到A端時，電流表中一定無電流通過
A
3. 在研究光電效應現象時，先后用兩種不同色光照射同一光電管，所得的光電流????與光電管兩端所加電壓????間的關系曲線如圖所示，下列說法正確的是( )
?
A. 色光乙的頻率小、光強大
B. 色光乙的頻率大、光強大
C. 若色光乙的強度減為原來的一半，無論電壓多大，色光乙產生的光電流一定比色光甲產生的光電流小
D. 若另一光電管所加的正向電壓不變，色光甲能產生光電流，則色光乙一定能產生光電流
D
4. 已知某光電管的極限頻率為????0，現用頻率為ν的單色光照射這種金屬，如圖能發生光電效應，改變加在光電管兩端的電壓，測得電流隨電壓變化的圖像如圖所示。已知電子的電荷量大小為????，普朗克常量為h，則遏止電壓的大小????0為( )
?
A. h?????????0???? B. h(????0?????)????
C. h????????????????????????????????D. h????0????
?
A
光電效應的實驗規律
光電效應及其解釋
光電效應現象：
光電效應的解釋
照射到金屬表面的光，使金屬中的電子從表面逸出的現象
存在極限頻率
存在飽和電流
存在遏止電壓
光電效應具有瞬時性
光的電磁理論與光電效應的矛盾
光電效應方程

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