1、 1几个概念 光电子：光电效应现象中金属表面发射出的电子称为光电子 光电流：在光电管的阳极A和阴极K之间加上直流电压U，当用频率足够高的单色光照射 阴极K 时，阴极K上会有 光电子 逸出，它们在加速电场的作用下飞向阳极A而形成电流I，称为光电流光电流I随正向电压U的增大而增大，并逐渐趋于其饱和值Is，这一电流称为饱和电流可以解释为，当光电流达到饱和时，阴极K上所有逸出的光电子全部飞到了阳极A上遏止电压：A和K两极间的电压为零时，光电流并 不为 零，只有当两极间加了反向电压UUC0时，光电流I才为零，UC称为遏止电压极限频率：对于给定的金属材料制成的阴极，当入射光频率低到某值0时，光电子的最大初
2、动能为 零.若入射光频率再降低，则无论光的强度多大，都 没有 光电子产生，不 发生光电效应这个由阴极金属材料性质决定的频率0，称为金属的 截止频率，或极限频率逸出功Wh0：金属表面的电子吸收了光子的能量h0后恰能挣脱金属的束缚，但这些光电子脱离金属表面后不具有初动能，即光电子的逸出功Wh0.2光电效应实验规律 光照射金属表面，使金属表面发射电子的现象，这就是光电效应现象(1)存在着饱和电流在光照条件不变的情况下，随着所加电压增大，光电流趋于一个饱和值入射光越强，饱和电流越 大.(2)存在着遏止电压和极限频率使光电流减小到零的反向电压称为遏止电压，对于一定颜色(频率)的光，无论光的强弱如何，遏止
3、电压都是 一样 的，光的 颜色 改变，遏止电压也会改变光电子的能量与入射光的频率 有 关，与入射光的强度无关当入射光的频率低于截止频率时 不能 发生光电效应，不同金属的截止频率不同(3)光电效应具有瞬时性只要满足发生光电效应的条件，光电效应几乎是瞬间发生的，不超过109s.3光子说1905年爱因斯坦提出了光量子概念，认为光能量也和辐射能量一样，不是连续分布的，而是一份一份地集中在一个个粒子光子上或者说，光是由大量以光速运动的粒子组成的光子流每个光子具有的能量为Ehh(是光的频率，h是普朗克常量，c是光速，是光波波长)光子的动量为p.ch4光的波粒二象性干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一
4、种 波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种 粒子；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性5.)()(hhp由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波 德布罗意波 的概念物质波 德布罗：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的频率 该波的波长 物质波是一种，概意 波率 波 6爱因斯坦光电效应方程EkhW，其中Ek为光电子获得的最大初动能，h为光子的能量，W为光电子的逸出功 1光子说怎样对光电效应进行解释？解答：为解释光电效应实验，爱因斯坦提出了“光量子”假设他认为：光在空间传播时也是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子光子的能量和它的频率成
5、正比，即Eh，式中的为光的频率，h为普朗克常量光子在和电子作用时，每个光子只能把能量传递给一个电子，每个电子也只能吸收一个光子2()1.2mWmvhW有了光量子的概念，就很容易解释光电效应这个效应可以很直观地看做是金属中的电子吸收光子获得动能而挣脱原子核的束缚而逸出的过程当金属内部的电子吸收了光子而形成光电子时，光子的能量一部分消耗在电子逸出金属表面所需要的功叫做逸出功 上，余下部分则转换成了光电子的动能由能量的转化与守恒规律，爱因斯坦得出后来被称为光电效应方程的光电子的最大初动能方程：根据爱因斯坦的光电效应方程，可以很明确地得出：(1)电子的最大初动能与光的频率呈线性关系，而与光的强度无关(
6、因为光子的能量与光的强度无关，而光的强度与光子的数目有关)(2)只有当入射光的光子能量大于或等于逸出功，才能产生光电效应能够产生光电效应的极限频率0可由下式得出：h0W即0Wh 2怎样理解波粒二象性？解答：波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量(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)高的光子容易表现出粒子性；低的光子容易表现出波动性(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 .4hhpccp由光子的能量，光子的动量 表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾
7、：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率 和波长由以上两式和波速公式 还可以得出：例1：对爱因斯坦光电效应方程EkhW，下面的理解正确的有()A只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能EkB式中的W表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功C逸出功W和极限频率0之间应满足关系式Wh0D光电子的最大初动能和入射光的频率成正比解析：爱因斯坦光电效应方程EkhW中的W表示从金属表面直接逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功，因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的其他
8、光电子的初动能都小于这个值若入射光的频率恰好是极限频率，即刚好能有光电子逸出，可理解为逸出的光电子的最大初动能是0，因此有Wh0.由EkhW可知Ek和之间是一次函数关系，但不是成正比【答案】C方法点拨：正确理解金属的逸出功的概念，知道极限频率(或最大波长)存在的原因是解决光电效应问题的关键；光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能大到足以克服金属离子的引力而逃逸出金属表面，成为光电子对一定的金属来说，逸出功是一定的照射光的频率越大，光子的能量越大，从金属中逸出的光电子的初动能就越大如果入射光子的频率较低，它的能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应，这就是存在极限频率的原因变式训练
9、1：如图1441所示是光电管使用的原理图当频率为0的可见光照射至阴极K上时，电流表中有电流通过，则()图1441A若将滑动触头P移到A端时，电流表中一定没有电流通过B若将滑动触头P逐渐由图示位置移向B端时，电流表示数一定增大C若用紫外线照射阴极K时，电流表中一定有电流通过D若用红外线照射阴极K时，电流表中一定有电流通过答案：C 图14422光电效应的综合应用例2：(2010江苏卷)(1)研究光电效应的电路如图1331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UAK的关系图象的，正确的是()
10、(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子，光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小_(选填“增大”、“减 小”或“不 变”)，原 因 是_(3)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别 为 3.4eV 和 1.51eV,金 属 钠 的 截 止 频 率 为5.531014Hz,普朗克常量h6.631034Js.请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应解析：(1)对于一定频率的光，无论光的强弱如何变化，遏止电压都是一样的，只有光的频率改变，遏止电压才会改变；但发生了光电效应后，入射光越强，饱和光电流越强C正确(2)光电
11、子从金属表面逸出的过程中，受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)，动能要减少，速度要减小，所以动量也要减小(3)氢原子放出的光子能量EE3E2，代入数据得：E 1.89eV，金属钠的逸出功W0h0，代入数据得W02.3eV，因为EW0，所以不能发生光电效应答案：(1)C(2)减小 光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)(3)见解析方法点拨：光电效应重点问题主要围绕四个结论、图象、光电效应方程、能量守恒定律等方面进行变式训练2：太阳能是一种巨大的能源据估计，人类每年消耗的能量仅相当于太阳在20分钟内投射到地球上的能量太阳的能量来源于太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为
12、一个氦核的热核反应(1)写出这个核反应方程(2)写出这一核反应释放出能量的表达式(3)太阳光电能直接转换的基本原理是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换为电能，如图1443所示，是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压在图1443上标出电源和电流表的正负接线柱；入射光照射在_极上(填A或B)若电流表读数是10A，则每秒钟从光电管阴极发射出来的光电子至少是多少个？1443 2242(42)123peHHeeEmcmmmBcA四个质子聚变为一个氦核的热核反应方程是：热核反应所释放出的能量为由于光电管的 为阴极，为阳极，则电源左边为正极，右边为负极，电流表上方为正接线柱，下解析：方为负接线柱入射光应照
13、射在阴极上，即照在B极上电流表读数为I10A105A，则每秒钟通过电流表的电荷量qIt1051C105C从阴极发射的电子数nq/e105/(1.61019)6.251013个3波粒二象性 例3：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无规则的亮点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹下列与这个实验结果相关的分析中，正确的是()A曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现无规则的亮点B单个光子的运动没有确定的轨道C干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D只有大量光子才能表现出波动性解析：少量的光子表现为粒子性，波动性不明显，大量的光子才表现为波动性，光子表现的波动性为一种概率波，故选项B、C、D正确答案：BCD方法点拨：粒子和波动对宏观物体是两个对立的事物，但是对于微观粒子，波动性和粒子性是统一的