光电效应
什么是光电效应介绍光电效应的应用
什么是光电效应介绍光电效应的应用知识点：什么是光电效应及其应用光电效应是物质在光照射下发生的一种物理现象。
当光子（光的粒子）的能量大于或等于物质表面电子所需的最小能量时，电子会被激发并从物质表面逸出。
这个现象被称为光电效应。
光电效应的基本原理可以归结为以下几个关键点：1.光的波动性：光电效应揭示了光的粒子性。
光既可以看作波动，也可以看作由光子组成的粒子流。
2.光子能量：光子的能量与其频率成正比，与光的强度无关。
当光子的能量大于或等于电子的逸出功时，光电效应会发生。
3.逸出功：逸出功是指电子从物质表面逸出所需的最小能量。
不同物质的逸出功不同，因此对光的敏感度也不同。
4.光电效应方程：爱因斯坦提出了光电效应方程，描述了光子能量、电子逸出功和电子动能之间的关系。
方程为E = hν - W，其中 E 表示电子的动能，h 表示普朗克常数，ν 表示光的频率，W 表示逸出功。
光电效应的应用非常广泛，以下是一些重要的应用领域：1.太阳能电池：太阳能电池利用光电效应将光能转换为电能，为人类提供了清洁、可再生能源。
2.光电器件：光电器件如光敏电阻、光敏二极管等，利用光电效应实现光信号与电信号的转换。
3.激光技术：激光是一种特殊的光，具有高度的相干性和方向性。
激光技术在医疗、通信、测量等领域发挥着重要作用。
4.光电探测器：光电探测器可以将光信号转换为电信号，广泛应用于光电通信、天文观测等领域。
5.光电子计算机：光电子计算机利用光信号进行信息处理和传输，具有高速、大容量、低能耗等优点。
6.光电效应在科学研究中的应用：光电效应不仅在物理学领域具有重要意义，还广泛应用于化学、生物学、材料科学等领域的研究。
了解光电效应及其应用，有助于我们深入理解光的性质，以及光与物质相互作用的机理。
这些知识对于培养学生的科学素养和创新能力具有重要意义。
习题及方法：1.习题：一束光照射到某种金属上，如果光的频率为5×10^14 Hz，该金属的逸出功为2.3 eV，求该束光的最大光电子动能。
光电效应汇总
2 、光电效应的爱因斯坦方程
1 h mv 2 W 2
3、光电效应解释
(1)饱和光电流强度与光强成正比： 对于给定频率的光束来说，光的强度越大，表示光子的数 目越多，光电子越多，光电流越大。
1868 — 1953 1879 — 1955
爱因斯坦由于对光电效 应的理论解释和对理论 物理学的贡献， 获得 1921年诺贝尔物理学奖
(3)瞬时性。经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的 斯坦光子假说
1905年，爱因斯坦对光的本性提出了新的理论，认为光束可以 看成是由微粒构成的粒子流，这些粒子流叫做光量子，简称光 子。在真空中，光子以光速c 运动。一个频率为n的光子具有能 量e=hn
7.4 光电效应
1、光电效应的基本概念
当光照射到金属表面时，金属中有电子逸出的现象叫光电 效应，所逸出的电子叫光电子，由光电子形成的电流叫光电流， 使电子逸出某种金属表面所需的功称为该种金属的逸出功。 窗口 光束 2、研究光电效应实验装置 阴 阳 极 极
普朗克是该杂志的主编，他 对爱因斯坦的工作给予了高 度的评价
在普朗克获博士学位五十周年 纪念会上普朗克向爱因斯坦颁 发普朗克奖章
h W 1 2 U0 mv0 eU0 2 e e (4)光电效应的瞬时性： 当电子一次性地吸收了一个光子后，便获 得了 hn 的能量而立刻从金属表面逸出，没有 U 0 明显的时间滞后。
1 2 mv0 h W 2
eU0 h W
K U a
三、光电效应的应用 •光电管和固态光电探测器 •光电倍增管 •光控继电器 •光电导摄像管 •光敏电阻
密立根由于研究基本电荷 和光电效应，特别是通过 著名的油滴实验，证明电 荷有最小单位，获得1923 年诺贝尔物理学奖
光电效应
当入射光频率降低到0 时，光电子的最大初动能为零, 若入射光频率再降低，则无论光强多大都没有光电子产生，不 发生光电效应。0 称为这种金属的红限频率 (截止频率)。 （4）光电效应是瞬时发生的 实验表明，只要入射光频率 > 0 ，无论光多微弱，从光照 射阴极到光电子逸出，驰豫时间不超过 10-9 S ，无滞后现象。
二、经典物理学所遇到的困难
1、逸出功，初动能与光强、频率的关系
自由态 逸 出 功 束缚态
按照经典的物理理论，金属中的自由 电子是处在晶格上正电荷所产生的“势 阱”之中。这就好象在井底中的动物， 如果没有足够的能量是跳不上去的。
当光波的电场作用于电子，电子将从光波中吸取能量，克 服逸出功，从低能的束缚态，跳过势垒而达到高能的自由态， 并具有一定的初动能。
按照经典的波动理论，光波的能量应与光振幅平方成正比亦 即应与光强有关。因此，按经典理论，光电子的初动能应随入 射光强度的增加而增加。 但实验表明，光电子的初动能与光强无关，而只与入射光的 频率呈线性增加，且存在光电效应的频率红限。
2、 光波的能量分布在波面上，电子积累能量需要一段时 间，光电效应不可能瞬时发生。
2 ．实验规律 在散射的 X 射线中，除有波长与入射波长相同的射线外， 还有波长较长的成分。波长的偏移量为
h 2h 2 0 (1 cos ) sin m0 c m0 c 2
λ
0
：入射波波长，λ：散射波波长 康普顿散射的波长偏移与散射角的关系如下图所示
：散射角
从金属表面逸出的最大初动能,随入射光的频率 v 呈线性增加。
(3)只有当入射光频率大于一定的红限频率0 时，才会产生 光电效应。
1 2 mv m eU a 2
U a k U 0
光电效应
光电发射器件具有许多不同于内光电器件的特点：
1. 电发射器件中的导电电子可以在真空中运动，因此，可以通
过电场加速电子运动的动能，或通过电子的内倍增系统提高光电探
测灵敏度，使它能高速度地探测极其微弱的光信号，成为像增强器
与变相器技术的基本元件。 2. 很容易制造出均匀的大面积光电发射器件，这在光电成像器 件方面非常有利。一般真空光电成像器件的空间分辨率要高于半导 体光电图像传感器。
生电流的现象。
p Bh+
n As+
(a)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
e–
M etallurgical Junction
耗尽区
M E (x)
M
Neutral p-region
Eo
Neutral n-region
朩p
0
Wn
x
(e)
内建电场
M log(n), log(p) p po Wp Wn
(b)
Eo V(x)
Space charge region
下，将产生高密度的电子与空穴载流子，而遮蔽区的载
流子浓度很低，形成浓度差。 这种由于载流子迁移率
的差别产生受照面与遮
光面之间的伏特现象称 为丹培效应。
丹培效应产生的光生电压可由下式计算
KT n p n p n0 ln1 UD n p q n p 0 n 0 p
3. 光电发射器件需要高稳定的高压直流电源设备，使得整个探
测器体积庞大，功率损耗大，不适用于野外操作，造价也昂贵。 4. 光电发射器件的光谱响应范围一般不如半导体光电器件宽。
习题
高中数学光电效应知识点
高中数学光电效应知识点
本文档旨在提供高中数学光电效应的完整知识点。
以下是相关
内容的简要概述：
1. 光电效应基本原理：
- 光电效应是指当光照射到金属表面时，产生电子发射的现象。
- 光电效应的起因是光子与金属表面电子的相互作用。
2. 光电效应的主要特点：
- 光电子发射的电流随着入射光强度的增加而增大。
- 光电子发射的动能与入射光的频率有关，而与光的强度无关。
- 光电效应发生需要入射光的频率大于临界频率。
3. 光电效应公式：
- 光电效应的基本公式为：E = hf - ϕ，其中E为光电子的动能，h为普朗克常量，f为光的频率，ϕ为金属的逸出功。
4. 光电效应的应用：
- 光电效应在太阳能电池中起着重要作用，将太阳光转化为电能。
- 光电效应还广泛应用于光电管、照相机光电测光、激光技术等领域。
5. 光电效应的研究历程：
- 光电效应的研究始于19世纪末，经过爱因斯坦、普朗克等科学家的进一步研究和解释，才逐渐明确了光电效应的基本原理。
以上是高中数学光电效应的简要知识点概述，希望对您有所帮助。
光电效应
3、当入射光的频率大于极限频率时，光电流 强度与入射光的强度有关。
从光电管阴极射出的光电子具有一定的动能，
为了测量光电子的动能，可以在光电管的两个电
极上加上反向电压，如图所示，用于阻止光电子
到达阳极。
第二章 波粒二象性 第一节 光电效应
实验
一、光电效应
❖ 1.什么是光电效应? 物体在光的照射下发射电子的现象，
称为光电效应。发射出来的电子称为光电 子。
疑问：光电子的发射与什么因素有 关呢？为了研究这个问题，我们来 认识一种光学器件。
光电管
1.光电管就是利用光电效应把光信号转变 成电信号的一种传感器。
巩固练习
1、在演示光电效应的实验中，原来不带电 的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照 射锌板时，验电器指针张开一个角度，如图 所示，这时 ( B ) A．锌板带正电，指针带负电 B．锌板带正电，指针带正电 C．锌板带负电，指针带正电 D．锌板带负电，指针带负电
2、若用绿光照射某种金属板不能发生光电效 应，则下列哪一种方法可能使该金属发生光 电效应（ ）
❖ 4.光电流强度的决定因素：当入射光频率ν>ν0 时，光电流随入射光强度的增大而增大.
A．光电子的动能随照射光频率的增大而增大 B．光电子的初速度与照射光的频率成正比 C．光电子的最大初动能与照射光的频率成正比 D．光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大
6、用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电 子从阴极逸出时的最大初动能增大应（ ）
A．改用红光照射
B．增大绿光的强度
D
C．增大光电管上的加速电压
探究光电流的大小
物理学中的光电效应
物理学中的光电效应光电效应是物理学中最基本的现象之一，它被广泛应用于现代技术和科学研究中。
在本文中，我们将深入探讨光电效应的定义、原理和应用。
一、光电效应的定义光电效应指的是，当光线照射到某些物质表面时，该物质表面会释放出电子。
这些电子称为光电子，它们的释放是由光子的能量来驱动的。
光电效应的本质是光的粒子性，即光子是具有一定能量和动量的微观粒子。
光电效应是一个基本的物理现象，它的研究使人们更好地理解了光的本质和量子力学的基本规律。
在实际应用中，光电效应被广泛用于电子学、照相和医学等领域。
二、光电效应的原理光电效应的产生原理与光子的能量和物质内部的电子结构有关。
当光线照射到物质表面时，能量高的光子会使物质表面上的电子吸收光子的能量并跃迁到较高能级的轨道上。
当电子达到足够高的能量时，它们就能够克服束缚在物质内部的力，逃离原子表面成为自由电子。
这些被释放出来的电子称为光电子，它们的动能等于光子能量减去电子与物质表面脱离时需要克服的势能。
光电效应的原理可以通过光电离截面可视化，光电离截面正比于光子能量，即当光子能量大于物质表面的结合能时，就会发生光电效应。
三、光电效应的应用光电效应在现代科技和工程领域有着广泛的应用。
以下列举了几个实际的例子：1. 光电池光电池利用光电效应将太阳光转化为电能，是一个环保节能的新型能源。
太阳能电池就是应用了光电效应的光电池的一种。
2. 光电传感器光电传感器是一种能够将光电效应应用于传感器技术中的传感器。
它可以将光信号转化为电信号，从而实现各种物理量的测量。
例如，照度传感器就是一种可以通过光电效应测量光强度的传感器。
3. 照相机照相机也是一种应用了光电效应的技术。
当光线进入相机时，会穿过透镜并照射到相机内部的感光器上。
感光器会将光线转化为电信号，并将其保存在记忆卡中。
4. 医学应用光电效应还被应用于医学领域。
例如，拍摄X光照片时，X光线照射到人体内部的某些物质上，这些物质中的电子就会受到光的作用并释放出电子。
光电效应
式中(1/2)mv^2是脱出物体的光电子的初动能。
金属内部有大量的自由电子，这是金属的特征，因而对于金属来说，I项可以略去，爱因斯坦方程成为hυ=(1/2)mv^2+W 假如hυ<W,电子就不能脱出金属的表面。
对于一定的金属，产生光电效应的最小光频率(极限频率) u0。
由hυ0=W确定。
相应的极限波长为λ0=C/υ0=hc/W。
发光强度增加使照射到物体上的光子的数量增加，因而发射的光电子数和照射光的强度成正比。
算式在以爱因斯坦方式量化分析光电效应时使用以下算式：光子能量= 移出一个电子所需的能量+ 被发射的电子的动能代数形式： hf=φ+Em φ=hf0 Em=(1/2)mv^2 其中h是普朗克常数，h = 6.63 ×10^-34 J·s，f是入射光子的频率，φ是功函数，从原子键结中移出一个电子所需的最小能量，f0是光电效应发生的阀值频率，Em是被射出的电子的最大动能， m是被发射电子的静止质量，v是被发射电子的速度注：如果光子的能量（hf）不大于功函数（φ），就不会有电子射出。
功函数有时又以W标记。
这个算式与观察不符时（即没有射出电子或电子动能小于预期），可能是因为系统没有完全的效率，某些能量变成热能或辐射而失去了。
爱因斯坦因成功解释了光电效应而获得1921年诺贝尔物理学奖。
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍增管。
光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下来。
内光电效应当光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。
分为光电导效应和光生伏特效应（光伏效应）。
单光子光电效应我们常说的光电效应为单光子光电效应，每个电子同一时间只吸收一个光子。
多光子光电效应当单位体积内同时相互作用的能量子的数目大到使得发射光的能量子可以从几个入射能量子中取得能量，这就是多光子光电效应1931年，M．Göpper-Mayer用量子力学计算了辐射与原子系统的相互作用的问题，预言了在足够高的光强下，多光子吸收即多光子光电效应是存在的。
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C.用一束绿光照射某金属，能产生光电效应，现把这柬绿光遮住一半，仍然可发生光电效应
A.h（γ3-γ1） B.h（γ5+γ6） C.hγ3 D.hγ4
D.用一束绿光照射某金属，能产生光电效应，若换成紫光来照射该金属，也一定能发生光电效应
12.下列说法中不正确的是（ ）
E.在光电效应现象中，入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大
A.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大
D.从 n=2 能级跃迁到 n=1 能级时只辐射特定频率的光子
B.原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小
19.如图所示，为氢原子能级图，现有大量氢原子从 n=4 的能级发生跃迁，
C.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小
并发射光子照射一个钠光管，其逸出功为 2.29ev，以下说法正确的是
C.光电管发出的光电子与原子核发生β衰变时飞出的电子都是来源于原子
A.13.6eV B.3.4eV C.12.75eV D.12.09eV
核内部
15.氢原子从能量为 E1 的较高激发态跃迁到能量为 E2 的较低激发态，
D.钠光电管发出的光电子最多能够让氢原子从 n=1 的能级跃 n=2 的能级
设真空中光速为 c，则（ ）
A.氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，电势能减小
பைடு நூலகம்
18.如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于 n=4 的激发态，当
B.卢瑟福的α粒子散射实验结果表明电子是原子的组成部分，原子不可再分的观念被打破
向低能级跃进时将向外辐射出光子，关于这些光子，下列说法正确的是（ ）
C.天然放射现象中的γ射线是原子核受激发产生的
A.普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说
在原子核物理的研究中有重要作用．右图为μ氢原子的能级示意图．假定光子
B.在黑体辐射中，随着温度的升高，各种频率的辐射都增加，辐射强度极大值的光向频率较低的方向
能量为 E 的一束光照射容器中大量处于 n=2 能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子
移动
后，发出频率为γ1、γ2、γ3、γ4、γ5、和γ6 的光，且频率依次增大，则 E 等于（ ）
A.将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数一定增大
读数不为零．合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于 0.60V 时，电流 表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于 0.60V 时，电流表读数为零．由此可知 阴极材料的逸出功为（ ）
A.1.9eV B.0.6eV C.2.5eV D.3.1eV 8.用图示装置研究光电效应现象，光阴极 K 与滑动变阻器的中心抽头 c 相连，当滑 动头 p 移到 c 点时，光电流为零．为了产 生光电流，可采取的措施是 （）
7.如图，当电键 S 断开时，用光子能量为 3.1eV 的一束光照射阴极 K，发现电流表
一、单选题(本大题共 16 小题，共 64.0 分) 1.用图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光 a 照射 光电管阴极 K，电流计 G 的指针发生偏转．而用另一频率的单色光 b 照射 光电管阴极 K 时，电流计 G 的指针不发生偏转，那么（ ） A.a 光的波长一定大于 b 光的波长 B.增加 b 光的强度可能使电流计 G 的指针发生偏转 C.用 a 光照射光电管阴极 K 时通过电流计 G 的电流是由 d 到 c D.只增加 a 光的强度可使通过电流计 G 的电流增大 2.用同一光电管研究 a、b 两种单色光产生的光电效应，得到光电流 I 与光电 管两极间所加电压 U 的关系如图．则这两种光（ ） A.照射该光电管时 a 光使其逸出的光电子最大初动能大 B.b 光的光子能量小 C.a 光的频率小 D.用 a 光照射产生的光电流一定大 3.如图所示，是研究光电效应的电路图，对于某金属用绿光照射时，电流表指 针发生偏转．则以下说法正确的是（ ）
（）
A.增加黄光的照射强度 B.改用一束强度很强的红光照射 C.使光电管的正向电压加倍 D.改用一束强度较小的紫光 5.用同一光电管研究 a、b 两种单色光产生的光电效应，得到光电流 I 与光电管两极间所加电压 U 的关系如图．下列说法中正确的是（ ）
A.这群氢原子能够吸收任意能量的光子后向更高能级跃迁 B.这群氢原子能够发出 4 种不同频率的光 C.从 n=4 能级跃迁到 n=3 能级发出的光的波长最长
编号：2028 课题：碰撞 编制人：闫连明 审核人：刘德才 编制日期：2017-6-2 班级：
姓名
光电效应
A.a 光光子的频率大于 b 光光子的频率，a 光的强度小于 b 光的强度 B.a 光光子的频率小于 b 光光子的频率，a 光的强度小于 b 光的强度
副标题
C.如果使 b 光的强度减半，则在任何电压下，b 光产生的光电流强度一定比 a 光产生的光电流强度小 D.另一个光电管加一定的正向电压，如果 a 光能使该光电管产生光电流，则 b 光一定能使该光电管产
编号：2028 课题：碰撞 编制人：闫连明 审核人：刘德才 编制日期：2017-6-2 班级：
姓名
D.如果发出的光子中有两种能使某金属产生光电效应，其中一种一定是由 n=3 能级跃迁到 n=2 能级 二、多选题(本大题共 3 小题，共 12.0 分)
发出的
17.下列说法中正确的是（ ）
11.μ子与氢原子核（质子）构成的原子称为μ氢原子（hydrogenmuon atom），它
D.原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大
（）
14.根据氢原子的能级图，现让一束单色光照射到大量处于基态（量
A.氢原子只能发出 6 种不同频率的光
子数 n=1）的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出 6 种不同频率的
B.能够让钠光电管发生光电效应现象的有 4 种光子
光，则照射氢原子的单色光的光子能量为（ ）
A.增大入射光的频率 B.把 P 向 a 移动 C.把 P 从 c 向 b 移动 D.增大入射光的强度 9.氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从 n=4 的能级向 n=2 的能 级跃迁时辐射出可见光 a，从 n=3 的能级向 n=2 的能级跃迁时辐射出可 见光 b，则（ ） A.氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线 B.氢原子从 n=4 的能级向 n=3 的能级跃迁时会辐射出紫外线 C.从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级时，电子的电势能减小，氢原子的能量也减小 D.氢原子在 n=2 的能级时可吸收任意频率的光而发生电离 10.如图是氢原子的能级图，对于一群处于 n=4 的氢原子，下列说法中正确的
题号
一
二
三
总分
得分
生光电流 6.关于光电效应，下列说法正确的是（ ） A.光照时间越长光电流越大
B.入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
C.金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能最够大时，就能逸出金属
D.不同频率的光照射同一种金属时，频率越高，光电子的最大初动能越大
16.一个氢原子从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级，该氢原子（ ）
A.放出光子，能量增加 B.放出光子，能量减少 C.吸收光子，能量增加 D.吸收光子，能量减少
A.吸收的光子的波长为
B.辐射的光子的波长为
光子的波长为 D.辐射的光子的波长为
C.吸收的
三、简答题(本大题共 1 小题，共 8.0 分) 20.某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压 Uc 与入射光频率 v 的关 系图象如图所示．（已知电子电量 e 和普朗克常量 h）求： （1）该金属的逸出功为多少？ （2）若入射光的频率为 2v0 时，求产生的光电子的最大初动能为多少？
B.如果改用紫光照射该金属时，电流表无示数
C.将 K 极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，电流表的示数一定
增大
D.将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移
是（ ）
动一些，电流表的读数可能不为零
4.某种金属在黄光照射下才有光电子逸出，现在要使逸出的光电子初动能增大，可以采用的方法有
A.波长最小的光是由 n=4 能级跃迁到 n=1 能级产生的
D.牛顿认为在足够高的高山上以足够大的水平速度抛出一物体，物体就不会再落在地球上
B.频率最小的光是由 n=2 能级跃迁到 n=1 能级产生的
13.氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中（ ）
C.这些氢原子总共可辐射出 3 种不同频率的光