17.2 光电效应 光子er
光电效应原理及其应用知识点总结
光电效应原理及其应用知识点总结在物理学的众多奇妙现象中，光电效应无疑是一颗璀璨的明星。
它不仅揭示了光的粒子性，还为现代科技的发展奠定了坚实的基础。
接下来，让我们一同深入探索光电效应的原理及其广泛的应用。
一、光电效应原理光电效应，简单来说，就是当光照射到金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量而从金属表面逸出的现象。
要理解光电效应，首先得认识几个关键概念。
1、光子：光是由一份一份不连续的能量子组成，这些能量子被称为光子。
每个光子的能量与光的频率成正比，即＄E ＝ h\nu$，其中＄E$ 是光子能量，＄h$ 是普朗克常量，＄＼nu$ 是光的频率。
2、逸出功：使电子从金属表面逸出所需要的最小能量，用＄W_0$ 表示。
不同的金属具有不同的逸出功。
当光照射到金属表面时，如果光子的能量大于金属的逸出功，电子就能吸收光子的能量并克服金属的束缚而逸出，成为光电子。
光电效应具有以下几个重要特点：1、存在截止频率：只有当入射光的频率大于某一特定频率（截止频率）时，才会发生光电效应。
低于截止频率的光，无论光强多大，都不会产生光电效应。
2、光电子的初动能与入射光的频率有关，而与光强无关：入射光的频率越高，光电子的初动能越大。
3、光电流强度与入射光的强度成正比：在发生光电效应的前提下，入射光越强，单位时间内逸出的光电子数越多，光电流越大。
二、光电效应的应用光电效应在现代科技中有着广泛而重要的应用，极大地推动了社会的发展和进步。
1、光电传感器光电传感器是利用光电效应将光信号转换为电信号的装置。
常见的有光电二极管、光电三极管等。
它们在自动控制、测量技术、通信等领域发挥着重要作用。
例如，在工业生产中的自动计数、自动报警系统中，光电传感器能够快速、准确地检测到物体的存在和运动状态。
2、太阳能电池太阳能电池是基于光电效应将太阳能转化为电能的器件。
当太阳光照射到太阳能电池板上时，光子的能量被半导体材料中的电子吸收，产生光生伏特效应，从而形成电流。
《光电效应光子》课件
光子能量与电子能量之间的关系
光电效应：当光子照射到金属表面 时，电子吸收光子的能量，从金属 表面逸出
光电效应的发现推动了物 理学的发展
光电效应的发现对现代科 技产生了深远影响
光电效应的基本原理
光子与电子的相互作用
光电效应：光子与电子相互作用，使电子从原子中逸出 光子能量：光子能量必须大于电子的逸出功 光电子：电子从原子中逸出后形成的粒子 光电流：光电子形成的电流，用于测量光电效应
电子的能量变化
电子能量：电子吸收的光子能量等 于电子逸出金属表面所需的能量
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
光子能量：光子的能量与光的频率 成正比，与光的波长成反比
关系：光子能量必须大于电子逸出 金属表面所需的能量，光电效应才 能发生
光电效应的应用
太阳能电池的工作原理
光电效应：光子与电子相互作用，使电子获得能量并脱离 原子束缚
光电效应在信息领域的应用
光电效应在光电转换 中的应用：将光信号 转换为电信号，实现 信息的传输和处理
光电效应在光电检测 中的应用：利用光电 效应检测光信号，实 现对信息的检测和识 别
光电效应在光电显示 中的应用：利用光电 效应控制显示材料的 发光和熄灭，实现信 息的显示和呈现
光电效应在光电存储 中的应用：利用光电 效应实现信息的存储 和读取，提高信息的 存储密度和读取速度
光子与光电子学的发展趋势
添加标 题
17.2 光电效应 光子er
2011、6、2
6
3.康普顿效应解释中的疑难 3.康普顿效应解释中的疑难
（1）经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到困 难 根据经典电磁波理论, 根据经典电磁波理论,光是电磁振动的传 当电磁波通过物质时, 播,当电磁波通过物质时,物质中带电粒子将作 受迫振动, 受迫振动,振动着的带电微粒从入射光吸收能 量,并向四周辐射.这就是散射光.散射光的频 并向四周辐射.这就是散射光. 率应等于带电微粒受迫振动的频率, 率应等于带电微粒受迫振动的频率,也就是入 射光频率,因而散射光的波长应等于入射光的 散射光的波长应等于 射光频率,因而散射光的波长应等于入射光的 波长,不会出现大于入射光波长的光. 波长,不会出现大于入射光波长的光.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光电效应显示了光的粒子性. 光电效应显示了光的粒子性. 光的粒子性
2011、6、2 4
思考与讨论
课本P33
hν − W0 = eU c
h k = e
W0 h
U
c
W0 h = ν − e e
UC与ν之间是一次线性关系
−W0 e
2011、6、2
=ν c
5
三、康普顿效应
1.光的散射: 1.光的散射:光在介质中与物质微粒相互作用 光的散射 碰撞时),因而传播方向发生改变, ),因而传播方向发生改变 (碰撞时),因而传播方向发生改变,这种现象叫 光的散射. 做光的散射. 2.康普顿效应: 1918-1922年 2.康普顿效应: 1918-1922年,康普顿在做X射线 康普顿效应 通过物质散射的实验时,发现在散射的 通过物质散射的实验时,发现在散射的X射线中除 有与入射线波长相同的射线外, 有与入射线波长相同的射线外,还有比入射线波 长更长的射线,这个现象称为康普顿效应. 长更长的射线,这个现象称为康普顿效应.
光电效应与光子光的粒子性质的实验验证
光电效应与光子光的粒子性质的实验验证光电效应是指当光照射到金属表面时，金属会发生电流变化的现象。
这一现象的发现和解释在物理学的发展历程中具有重要意义。
通过对光电效应的研究，科学家们逐渐认识到光的粒子性质，即光子的存在。
下面将介绍光电效应以及光子的粒子性质的实验验证。
一、光电效应的实验现象在光电效应的实验中，通常使用一种称为光电管的装置。
光电管由一个真空容器和一个金属电极组成。
当有光线照射到金属电极上时，如果光的能量超过了一个临界值（称为逸出功），则会触发光电效应，电子会从金属中解离出来。
通过引入一个逆向电压，可以测量到电子的电流。
实验观测到的现象如下：1. 当光波的频率增大时，光电流的强度增大。
这表明光电效应与光的频率有关。
2. 当光波的强度增大时，光电流的强度也增大。
但是光的强度与光电效应的关系并不是线性的，存在一个饱和效应。
3. 当光波的频率低于一定值时，尽管光的强度很大，光电效应仍然不会发生。
这说明光电效应与光的频率有密切关系。
二、光子的实验验证根据经典物理学的理论，光应该是一种波动现象，而不是由粒子组成的。
然而，通过对光电效应的研究，我们发现光也具有粒子性质。
这一理论由爱因斯坦在1905年提出，并因此获得了诺贝尔物理学奖。
实验证据如下：1. 光子的能量与光的频率成正比。
根据普朗克的理论，光子的能量等于普朗克常数乘以光的频率。
实验中发现，当用不同频率的光照射到光电管上时，释放出的电子动能与光的频率成正比。
2. 光子的动量存在。
爱因斯坦进一步提出，光子具有动量。
这一理论在实验中得到了验证。
当光的波长较短时，光子的动量较大，照射到物体上可以产生较大的压力。
三、实验验证光电效应和光子的意义光电效应和光子的实验验证对于物理学的发展具有重要的意义：1. 光电效应的解释证实了光的粒子性质，在物理学中建立了波粒二象性的理论基础。
2. 光子概念的提出进一步推动了量子力学的发展，为后续的量子力学研究奠定了基础。
光电效应与光子理论的关系
光电效应与光子理论的关系光电效应是指当光照射到金属表面时，金属会产生电子的现象。
这一现象的发现为量子力学领域的诸多理论的发展奠定了基础，其中最重要的一项是光子理论。
本文将探讨光电效应与光子理论之间的关系，并解释光电效应和光子理论的原理和应用。
首先，我们需要了解光电效应的基本原理。
根据实验观察，当光照射到金属表面时，如果光的频率高于金属的功函数，就会使金属表面电子获得足够的能量而脱离金属。
这些脱离的电子称为光电子。
光电效应的关键是光子的能量。
光子是光的基本单位，具有能量和动量。
光子的能量与其频率成正比，即能量等于普朗克常数乘以光的频率。
光子理论揭示了光的粒子性质，以及与光子能量相关的现象，如光电效应。
其次，光电效应和光子理论的关系可以通过光子理论的解释来理解。
根据光子理论，当光照射到金属表面时，光子与金属中的电子相互作用。
光子的能量被传递给金属中的电子，当光子的能量大于金属的功函数时，电子将获得足够的能量，以克服金属束缚电子所需的能量，并从金属中释放出来，形成光电流。
这解释了为什么光电效应仅在光的频率大于或等于某个最低频率时才会发生，而与光的强度无关。
光子理论还预测了光电效应的量子性质，如光电流与光强度成正比的关系，说明光电效应是一种离散的现象。
光电效应和光子理论的关系在许多技术应用中起着重要作用。
目前，光电效应已经广泛应用于太阳能电池、光电传感器以及光电子器件等领域。
太阳能电池是将光能直接转化为电能的装置，其工作原理基于光电效应。
光电传感器利用光电效应来探测光的强度和波长，广泛应用于自动控制和环境监测等领域。
光电子器件如光电二极管和光电倍增管也是基于光电效应原理设计的，用于光信号的检测和放大。
光子理论对于理解光电效应的量子性质以及其他一些光与物质相互作用的现象也起到了重要的作用。
光子理论不仅解释了光电效应中光子与电子相互作用的机制，还为光子的统计性质提供了基础，如正比于光强度的光子数目分布。
光子理论还解释了光的干涉、衍射和散射等现象，为光学领域的研究和应用提供了深入的理论基础。
光电效应-PPT
放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以γ光子的
形式辐射出来，因此，γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。设t时间后放
射性元素的质量均为m，由衰变规律知：
。
m
m
A
(
1 2
)
t T1
mB(
1
t
)T2
,
mA
2 mB
2T2 T1
12
热点五 核反应方程
【例5】［2009年高考天津理综卷］下列说法正确的是( B D )
10
热点三 氢原子光谱
【例3】在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n=2能级发 出的谱线属于巴耳末线系。若一群氢原子自发跃迁时发 出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发
跃迁时最多可发出_6__条不同频率的谱线。
【解析】由于这群氢原子自发跃迁 发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系， 故可判断这群氢原子的最高能级为n=4， 画出氢原子谱线示意图(如图3.5-3-2所示 )可知，这群氢原子自发跃迁时最多可 发出6条不同频率的谱线。
0 1
e
)和2个中微
(2)研究表明，银河系的年龄约为t=3.8×1017 s，每秒钟银河系产生的能量约为1×1037 J(即P＝
1×1037 J/s)。现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量(最后结果
保留一位有效数字)；
(3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断。(可能用到的数据：银河系质量约为
N
N
0
(
1 2
t
)
,m
m0
(
1 2
t
)
6
要点六 核能的产生和计算
1.核能的计算方法
光电效应与光子能量温度与热平衡
光电效应与光子能量温度与热平衡在我们探索物理世界的奇妙之旅中，光电效应、光子能量、温度以及热平衡这几个概念就像是一颗颗璀璨的明珠，它们各自闪耀着独特的光芒，又相互交织，共同构建起了一个丰富多彩的物理画卷。
让我们首先来聊聊光电效应。
光电效应指的是当一束光照射在金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量，从而挣脱金属的束缚，形成光电流。
这一现象的发现，彻底颠覆了当时人们对于光的认知。
在过去，光被认为是一种连续的波动，但光电效应却表明，光其实是由一个个离散的光子组成的。
光子的能量可不是随便定的，它与光的频率有着紧密的联系。
具体来说，光子的能量 E 等于普朗克常数 h 乘以光的频率ν ，即 E ＝hν 。
这个简单而又深刻的公式，揭示了光子能量的本质。
这意味着，频率越高的光，其光子的能量就越大。
比如说，紫外线的频率高于可见光，所以紫外线光子的能量就比可见光光子的能量大。
接下来，我们谈谈温度。
温度，从宏观上看，它反映了物体的冷热程度；从微观角度来说，温度其实是大量分子热运动的剧烈程度的一种度量。
当物体温度升高时，分子的热运动就会变得更加剧烈；反之，温度降低时，分子的热运动就会减缓。
而热平衡又是怎么一回事呢？简单来说，当两个物体相互接触，它们之间会发生热量的传递。
如果经过一段时间后，它们的温度不再变化，达到了相同的温度，我们就说这两个物体达到了热平衡。
在热平衡状态下，两个物体之间不再有热量的交换。
那么，光电效应与温度、热平衡又有什么关系呢？其实，温度会影响金属中电子的运动状态。
温度升高，电子的热运动加剧，这可能会使得电子更容易吸收光子的能量从而逸出金属表面。
但是，需要注意的是，光电效应中电子能否逸出主要还是取决于光子的能量是否达到了金属的逸出功，而温度的影响相对较小。
再深入思考一下，在一个处于热平衡的系统中，如果有光照射进来，会发生什么呢？一方面，光子会与金属中的电子相互作用，可能产生光电效应；另一方面，系统中的分子也在不断地进行热运动，并与电子发生碰撞和能量交换。
光电效应ppt课件
入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时 的，一般不超过10-9s.
三.光电效应解释中的疑难
温度不很高且没有光照时，电子能否大量逸出 金属表面？
不能。由于受到金属表面层内的一种引力作用， 电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个阻力做功。
逸出功W0
使电子脱离某种金属所做功的最小值，
叫做这种金属的逸出功.
光电效应显示了光的粒子性。光子不但具有能量， 也具有动量。
爱因斯坦由于对光电效
应的解释和对理论物理
学的贡献获得1921年诺
贝尔物理学奖
。
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
练习 课本例题P34
分析 由上面讨论结果 h W0 eUc
3.光子说对光电效应的解释
①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与
入射光的频率成线性关系，与光强无关。
只有当hν>W0时，才有光电子逸出， 是光电效应的截止频率。
c
W就0
h
②电子1次只能吸收1个光子的全部能量，不能 积累能量，光电流几乎是瞬时发生的。
③光强较大时，包含的光子数较多，照射金 属时产生的光电子多，因而饱和电流大。
这些能量子后来被称为光子。
爱因斯坦的光子说
E h
四.爱因斯坦的光量子假说
1.光子：
2.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W0，剩下的表现为逸 出后电子的最大初动能Ek，即：
h Ek W0
或 Ek h W0
Ek
1 2
me
vc2
——光电子最大初动能
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光电效应显示了光的粒子性. 光电效应显示了光的粒子性. 光的粒子性
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思考与讨论
课本P33
hν − W0 = eU c
h k = e
W0 h
U
c
W0 h = ν − e e
UC与ν之间是一次线性关系
−W0 e
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=ν c
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三、康普顿效应
1.光的散射: 1.光的散射:光在介质中与物质微粒相互作用 光的散射 碰撞时),因而传播方向发生改变, ),因而传播方向发生改变 (碰撞时),因而传播方向发生改变,这种现象叫 光的散射. 做光的散射. 2.康普顿效应: 1918-1922年 2.康普顿效应: 1918-1922年,康普顿在做X射线 康普顿效应 通过物质散射的实验时,发现在散射的 通过物质散射的实验时,发现在散射的X射线中除 有与入射线波长相同的射线外, 有与入射线波长相同的射线外,还有比入射线波 长更长的射线,这个现象称为康普顿效应. 长更长的射线,这个现象称为康普顿效应.
W0 νc = h
美国物理学家密立根,花了十年时间做了“ 美国物理学家密立根,花了十年时间做了“光电效 实验,结果在1915年证实了爱因斯坦方程,h 的值 年证实了爱因斯坦方程, 应”实验,结果在 年证实了爱因斯坦方程 与理论值完全一致,证明了“光量子”理论的正确. 与理论值完全一致,证明了“光量子”理论的正确.
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3.康普顿效应解释中的疑难 3.康普顿效应解释中的疑难
（1）经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到困 难 根据经典电磁波理论, 根据经典电磁波理论,光是电磁振动的传 当电磁波通过物质时, 播,当电磁波通过物质时,物质中带电粒子将作 受迫振动, 受迫振动,振动着的带电微粒从入射光吸收能 量,并向四周辐射.这就是散射光.散射光的频 并向四周辐射.这就是散射光. 率应等于带电微粒受迫振动的频率, 率应等于带电微粒受迫振动的频率,也就是入 射光频率,因而散射光的波长应等于入射光的 散射光的波长应等于 射光频率,因而散射光的波长应等于入射光的 波长,不会出现大于入射光波长的光. 波长,不会出现大于入射光波长的光.
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1 2 hν = E k + W0 = me vc + W0 = eU c + W0 2 或 E k = hν − W 0
3
3.光子说对光电效应的（圆满） 3.光子说对光电效应的（圆满）解释 光子说对光电效应的
E k = hν − W 0
解释： 解释：规律① ③ ④ 规律②
4.光电效应理论的验证 4.光电效应理论的验证
2
hν hν h P = mc = 2 ⋅ c 变大的原因（P36页）。 8 解释：散射光波长变大的原因 P36页 波长变大的原因（ 2011、6、2
4.康普顿散射实验的意义 4.康普顿散射实验的意义
(1)有力地支持了爱因斯坦“光量子” (1)有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设 有力地支持了爱因斯坦 (2)首次在实验上证实了“光子具有动量” (2)首次在实验上证实了“光子具有动量”的假 首次在实验上证实了 设 证实了在微观世界的单个碰撞事件中,动量 (3)证实了在微观世界的单个碰撞事件中, (3)证实了在微观世界的单个碰撞事件中 和能量守恒定律仍然是成立的. 和能量守恒定律仍然是成立的.
二.光电效应解释中的疑难
使电子脱离某种金属所做功的最小值, 逸出功W0： 使电子脱离某种金属所做功的最小值, 叫做这种金属的逸出功. 以上① ③ ④三个结论都与实验结果相矛盾 2011、6、2 无法用经典的波动理论来解释光电效应. 的,无法用经典的波动理论来解释光电效应. 2
三.爱因斯坦的光量子假设
17.2 光的粒子性 (2)
2011、6、2 1
光电效应的四条规律： 光电效应的四条规律：
①对于任何一种金属,都有一个极限频率,只有 ν > νc 对于任何一种金属,都有一个极限频率 极限频率, 才能发生光电效应； 时,才能发生光电效应； 发生光电效应时） 入射光越强, ②当ν > νc时（发生光电效应时）,入射光越强,饱和 电流越大； 电流越大； 光电子的最大初动能随着入射光的频率增大而增大, 最大初动能随着入射光的频率增大而增大 ③光电子的最大初动能随着入射光的频率增大而增大, 与入射光的强度无关； 与入射光的强度无关； 光电子的发射是瞬时的 一般不超过10 瞬时的, ④光电子的发射是瞬时的,一般不超过10-9s.
解释P35页图 解释P35页图 P35 17.217.2-5散射 康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。 1927年获诺贝尔物理奖 康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。 光可能的方 可能的方 向。
5.吴有训对研究康普顿效应的贡献 5.吴有训对研究康普顿效应的贡献 证实了康普顿效应的普遍性（用银的x 证实了康普顿效应的普遍性（用银的x射线 普遍性 对十五种物质做了散射实验）。 对十五种物质做了散射实验）。 9 2011、6、2
2011、6、2 7
（2）光子理论对康普顿效应的解释 ①光子除了具有能量之外还有动量。 光子除了具有能量之外还有动量 动量。 爱因斯坦的质能方程： 爱因斯坦的质能方程： 光子的能量： 光子的能量： 光子的相对论质量： 光子的相对论质量： 光子的动量： 光子的动量：
hν m = 2 c
E = hν
E = mc
1.光子说： 1.光子说： 光子说 光本身就是由一个个不可分割的能 量子组成的, 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. E = h ν 2.爱因斯坦的光电效应方程 2.爱因斯坦的光电效应方程
一个电子吸收一个光子的能量 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W0 ,剩下的表现为逸出后电子 的初动能Ek,即：