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第六章 波粒二象性
第1节 光电效应及其解释
第1课时
1. 知道什么是光电效应，了解光电效应的实验规律。
2. 知道光电效应与电磁理论的矛盾。
3.理解爱因斯坦的光子说以及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题。
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这些应用都与光电效应有关。
什么是光电效应呢？
光伏发电
实验与探究：演示光电效应
把一块擦亮的锌板安装在静电计上。把用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板，静电计指针的偏角将会怎样变化？用紫外光照射锌板，观察静电计指针的偏角有什么变化；停止紫外光照，静电计指针的偏角又会怎样变化？这说明了什么？请解释以上现象。
一、光电效应
现象：
1、把用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板，锌板带负电，验电器指针打开。
2、用紫外光照射锌板，验电器指针打开角度变小。
3、停止紫外光照射锌板，验电器指针打开角度不再减小。
说明：
紫外光的照射可以使锌板带正电。有电子从锌板表面逸出。
1.光电效应：物理学中，在光的照射下电子从物体表面逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。
光电效应的产生跟什么因素有关呢？
如图是一种典型的光电管结构示意图，抽成真空的玻璃管内密封有阴极和阳极，在阴极表面涂有某种金属材料，当受到光照射时产生光电子。
光电效应的实验
电流表：测光电流的大小
电压表：测两极之间的电压大小
滑动变阻器：改变两极之间的电压大小
研究光电效应的电路图
如图，光束可由玻璃窗口进入，投射到阴极 K 上。阴极 K 与阳极 A 之间的电压可通过滑动变阻器进行调节，电源的正负极也可对调。当发生光电效应时，阴极 K 发射的光电子被阳极 A 吸收后，形成光电流。因此，我们可通过该电路来探究光电效应的规律。
当入射光的频率低于某一频率时，光电流消失，不会产生光电效应，这一频率称为极限频率。
1.极限频率
不同金属的极限频率不同。
极限频率与金属自身的性质有关。
理解：(1)金属要发生光电效应与入射光强弱无关，只与频率有关。
(2)入射光频率低于极限频率时，不管光照多强，金属都不会发生光电效应！
光照不变，光电流随电压的增大而增大，当电流增大到一定值后，即使电压再增大，电流也不再增加，达到一个饱和值，即为饱和电流。
2.饱和电流
理解：
频率不变，入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。
当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称遏止电压。
3.遏止电压
????????????????????????????=????????????
?
同一种金属，遏止电压只与光的频率有关。
光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，入射光的强弱无关。
理解：光电子克服电场力做功，到达A极板时速度刚好为零。
即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的极限频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。
4.光电效应具有瞬时性
更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10-9秒（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。
1.光的电磁理论与光电效应的矛盾
电磁理论
＊不存在截止频率
＊截止电压→光强
＊需要长时间
存在截止频率
遏止电压
→频率
瞬时<10-9s
实验结果
光电效应中的一些重要现象无法用经典电磁理论解释
二、光电效应的解释
爱因斯坦根据普朗克的量子理论提出了光量子的概念。
2.光子：
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。
3.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W，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：
① Ek = hν－W表明：只有当 hν > W时，光电子才可以从金属中逸出， νc = W /h 就是金属的极限频率。
4. 对光电效应的解释
② Ek = hν－W表明：光电子的最大初动能与入射光的频率有关，而与光的强弱无关，这就解释了遏止电压和光强无关。
③电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，所以光电流几乎是 瞬时产生的。
④对于同频率的光，光较强时，单位时间内照射到金属表面的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。
5.对光电效应方程的检验
根据光电效应方程可得：
对于确定的金属，其逸出功是确定的，Uc与光的频率v之间是线性关系。1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的实验技术测量光电效应中几个重要的物理量，1916年，他的实验结果完全肯定了爱因斯坦光电效应方程。
【爱因斯坦由于提出了光电效应理论而获得1921年诺贝尔物理学奖】
1. (多选)电器指针原来是闭合的，现让紫外线灯发出的光照射锌板，发现验电器指针张开了，则(　 　)
A. 验电器的指针带了正电
B. 该实验表明光是一种电磁波
C. 增强紫外线灯的发光强度，指针张角会增大
D. 红光照射锌板，验电器的指针张角一定会变得更大
AC
2. 利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则(　 　)
A．用紫外线照射，电流表一定有电流通过
B．用红光照射，电流表一定无电流通过
C．用红外线照射，电流表一定无电流通过
D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过
A
3. 在研究光电效应现象时，先后用两种不同色光照射同一光电管，所得的光电流????与光电管两端所加电压????间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是( )
?
A. 色光乙的频率小、光强大
B. 色光乙的频率大、光强大
C. 若色光乙的强度减为原来的一半，无论电压多大，色光乙产生的光电流一定比色光甲产生的光电流小
D. 若另一光电管所加的正向电压不变，色光甲能产生光电流，则色光乙一定能产生光电流
D
4. 已知某光电管的极限频率为????0，现用频率为ν的单色光照射这种金属，如图能发生光电效应，改变加在光电管两端的电压，测得电流随电压变化的图像如图所示。已知电子的电荷量大小为????，普朗克常量为h，则遏止电压的大小????0为( )
?
A. h?????????0???? B. h(????0?????)????
C. h????????????????????????????????D. h????0????
?
A
光电效应的实验规律
光电效应及其解释
光电效应现象：
光电效应的解释
照射到金属表面的光，使金属中的电子从表面逸出的现象
存在极限频率
存在饱和电流
存在遏止电压
光电效应具有瞬时性
光的电磁理论与光电效应的矛盾
光电效应方程

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