光电效应光子
光电效应知识点总结
光电效应知识点总结光电效应是指当光照射在金属表面时，金属中的电子吸收光子的能量后逸出表面，形成电流的现象。
这一现象在物理学领域具有重要意义，其研究和应用涉及诸多方面。
以下是光电效应的知识点总结，分为基本概念、实验现象、理论解释和应用四个部分。
一、基本概念1. 光子：光子是光的粒子，具有一定的能量。
能量与光子的频率成正比，数学表达式为：E = hf，其中 E 为光子能量，f 为光子频率，h 为普朗克常数。
2. 极限频率：当光照射在金属表面时，只有当光的频率大于某特定频率时，金属中的电子才会逸出。
这个特定频率称为极限频率（threshold frequency）。
3. 逸出功：金属表面电子逸出所需的最小能量称为逸出功（work function）。
不同金属的逸出功不同，且逸出功与金属的电子亲和能、电子构型等因素有关。
4. 爱因斯坦光电效应方程：当光电效应发生时，光电子的最大初动能与光子频率、逸出功和普朗克常数之间存在关系，可用以下方程表示：Kmax = hf - W0，其中 Kmax 为光电子的最大初动能，f 为光子频率，W0 为逸出功。
二、实验现象1. 赫兹实验：1887 年，德国物理学家赫兹发现，当光照射在两个锌球中的一个时，两个锌球会发生电火花。
这一实验证实了光电效应的存在，并为后续研究奠定了基础。
2. 爱因斯坦光电效应方程的实验验证：爱因斯坦通过对光电效应进行理论解释，提出了光电效应方程。
实验验证表明，光电效应的现象和爱因斯坦的理论预测相符，从而证实了光具有粒子性。
3. 光电效应的频率依赖性：实验发现，光电效应的发生与光的频率有关。
当光的频率大于极限频率时，无论光照强度如何，都会发生光电效应。
三、理论解释1. 光子理论：光子理论认为，光是由一系列能量量子组成的。
当光子照射到金属表面时，光子与金属中的电子相互作用，使电子获得足够的能量从而逸出。
2. 电子亲和能与光电效应：金属中的电子与原子核之间存在一定的相互作用能量，称为电子亲和能。
光电效应和光子概念提出历程
光电效应和光子概念提出历程光电效应和光子概念是现代物理学的两个重要概念，它们的提出和研究对于理解光的本质以及量子力学的发展有着深远的影响。
本文将详细介绍光电效应和光子概念的提出历程，并探讨其在物理学领域的重要性。
光电效应是指当光照射到金属或其他材料的表面时，会引起电子的发射现象。
这一现象在19世纪末至20世纪初被广泛研究，并最终为爱因斯坦所解释。
1905年，爱因斯坦在其著名的光电效应论文中提出了光子概念。
他认为光的能量是以粒子的形式传播的，被称为光子。
光子的能量与其频率成正比，而与光的强度无关。
此观点颠覆了当时关于光的波动理论，引起了学术界的广泛争议。
爱因斯坦的光电效应论文为光子概念的确立提供了坚实的基础，但他并非最早提出这一观点的人。
实际上，20世纪初，许多物理学家已经开始研究光电效应，并提出了一些相关的理论。
其中最早的是德国物理学家海因里希·亨利克·赫兹，他在1887年的实验证实了电磁波的存在，并假设光也是一种电磁波。
随后，根据弗朗茨-奥古斯特-霍尔策、威廉·霍里及A·L·伦纳德等人的研究，提出了“光子假设”，并通过对光电效应的实验研究，发现光子具有粒子特性，传播与电磁波是不同的。
他们的实验结果进一步验证了爱因斯坦关于光子能量与频率的假设。
光电效应和光子概念的提出引起了整个物理学界的极大关注和争议。
一方面，波动理论的支持者认为光的传播是一种波动过程，而不是粒子过程。
他们认为爱因斯坦的光子概念对于描述光的本质是不必要的。
另一方面，粒子理论的支持者认为，光的频率和强度对于光电效应的解释是至关重要的，只有将光视为由光子组成的粒子，才能完全解释光电效应现象。
经过长时间的争论和实验验证，最终光子概念在物理学界得到了广泛认可。
爱因斯坦的光子假说则被视为经典量子理论的基石之一。
光子概念的成功应用不仅仅局限于光电效应的解释，还广泛应用于其他领域，如放射性衰变、光谱学以及激光等。
光电效应 光子 光的量子
【例】求在离一个P发射=1.5W光源 R=3.5m 处 的钾箔需要多长时间的照射才能逐出电子。 关键点：假设光源向四周均匀、连续、平稳 地发射，钾箔对光完全吸收，吸收过程是钾 单个原子对光的吸收。已知钾的功函数为 F=2.2eV 解： 一方面，全吸收意味着 P发射=P吸收 另一方面，如果电子要被逐出，其获得的能 量ΔE应该等于功函数Φ，因此
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 12 年诺贝尔物理学奖
不同金属的功函数
如何从上图中估计出功函数的大小？
13
红外线夜视仪
14
光电倍增管
15
第 39 章 光子和物质波
§＊ 20世纪初的物理学 §＊ 黑体辐射 §3 光电效应 §2 光子、光的量子 §4 光子具有动量 §5 光作为一种概率波 §6 电子和物质波 §7 薛定谔方程 §8 海森堡不确定原理 §9 势垒隧穿
DE F Dt = = P P 吸收 吸收
6
与光强 I 和单个钾原子截面积 A 的关系 DE F F F F Dt = = = = = 2 P P P发射 IA I (p r ) 吸收 吸收 利用球面波假设，光强 P发射 典型原子半径 I= -31 2 r = 5.0 ´ 10 m 4p R 于是 4p R 2 F (4p )(3.5m) 2 (3.5 ´10-19 J) Dt = = P发射 A (1.5W )p (5.0 ´10-11 m) 2
Vstop(V) 2.0 1.0 0.0 4.0 6.0 Cs Na Ca
f 8.0 10.0 (1014Hz)
11
h = eK
爱因斯坦1921年获得了诺贝尔物理奖。
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
光电效应光子
2．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。
3、当入射光的频率大于极限频率时，单位时间 从金属表面逸出的光电子数目与入射光的强度 成正比。
光子说
爱因斯坦在1905年提出，在空
间中传播的光也不是连续的，而是 一份一份的，每一份叫做一个光量 子，简称光子． 光子的能量和频率成正比： h E
电子吸收光子两个特征: 第一、每个电子一次只能吸收 一个光子; 第二、每个光子的能量是一次被某个电子全部吸 收(吞噬) 能否发生光电效应的动画演示..\光学视频\01光电效 应 光子(ppt+flash)\光电效应4.swf
几个概念的比较
1、"光子的能量"与"入射光的强度" 光的能量是一份一份的，每一份的能量为hν，也就是光子的能量，其 大小由光的频率（ν）决定；而入射光的强度（简称光强）是单位时间 里垂直于光的传播方向上的单位面积内通过该面积的光子的能量总和， 可表示为P=nhν，其中n为单位时间内的光子数．
本节小结
每个光子的能量E=hv 照射光频率决定着： 是否产生光电效应 光电子的最大初动能 照射光的强度决定着：单位时间内发射的光 电子数
第一节 光电效应 光子
光电效应现象
..\光学视频\01光电效应 光子 (ppt+flash)\光电效应3.swf
在光照射下的物体发射电子的现象， 叫光电效应。发射的电子叫光电子
光电效应规律的探究
..\光学视频\01光电效应 光子(ppt+flash)\ 光电效应4.swf
光电效应的规律
1、任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频 率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应， 低于这个频率不能产生光电效应。能否发生光电 效应不取决于光强，只取决于频率。
无敌讲义：光电效应与光子
光电效应的应用(3/3)
• 被观测物因光子少、亮度暗，可利用夜视镜 内的增强器（intensif ier），将极少量的光子 转换成电子，然后加以放大并转换成可见的 影像。
范例 ４ 解答
• 答 (A)(D)(E) •解
(B)赫兹和雷纳等人都比爱因斯坦更早发现 光电效应。爱因斯坦是以光电效应证实光 的粒子性而获奖。
(C)每秒跃出的光电子数目，与高于底限频率 的光照射强度（光子数）成正比。
类题
光电效应的应用(1/3)
• 太阳能电池：利用太阳光照在金属板后，所 产生光电子的电流，供应电器使用。
(A)钠、镁、铜都会产生光电子
(B)只有钠、镁会产生光电子
(C)只有铜会产生光电子
(D)只有镁、铜会产生光电子。
• 答 (B)
类题
范例 ４ 光的粒子性
• 十九世纪末，实验发现将光照射在某些金属表面，会导致电 子自表面逸出，称为光电效应，逸出的电子称为光电子。下 列关于光电效应的叙述，哪些正确？（应选三项） (A)光电效应实验结果显示光具有粒子的性质 (B)爱因斯坦因首先发现光电效应的现象而获得诺贝尔物理奖 (C)光照射在金属板上，每秒跃出的光电子数目与光照射的时 间成正比 (D)光照射在金属板上，当频率低于某特定频率（底限频率或 低限频率）时，无论光有多强，均不会有光电子跃出 (E)光照射在金属板上，当频率高于某特定频率（底限频率或 低限频率）时，即便光强度很弱，仍会有光电子跃出。
2. 1906 年，爱因斯坦提出：当光与物质（如金属） 作用时，像是一小块的能量包，称为“光量子” （light quantum），又称为“光子”（photon）。
3. 在强光中，光子数量多；在弱光中，光子数量少。
光子可视为能量包
光电效应：爱因斯坦的光子假设
光电效应：爱因斯坦的光子假设
三、爱因斯坦的光子假设
光子：光是一粒一粒以光速运动着的粒子流， 这些粒子称为光量子，简称光子。
光子的能量 h
爱因斯坦方程 h 1 mv2 A
2
几种金属的逸出功
逸出功与 材ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ有关
金属
A/ eV
钠 铝锌铜银铂 2.28 4.08 4.31 4.70 4.73 6.35
光电倍增管
光电效应：爱因斯坦的光子假设
思考
关于光电效应有下列说法其中正确的是（ ）
1 任何波长的可见光照射到任何金属表面都能产
生光电效应;
2 对同一金属如有光电子产生,则入射光的频率不 同, 光电子的最大初动能也不同;
3 对同一金属由于入射光的波长不同, 单位时间 内产生的光电子的数目不同;
4 对同一金属,若入射光频率不变而强度大, 则饱 和光电流也增大.
光电效应：爱因斯坦的光子假设
解释实验 爱因斯坦方程
h
1
mv2
A
2
1.截止频率 逸出功 A h0
产生光电效应条件条件
0
A h
2.饱和电流与入射光强度成正比
光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电
子数目越多，光电流越大.（ 0 时）
光电效应：爱因斯坦的光子假设
3.遏止电势差与入射光的频率成正比。
h 1 mv2 A
2
A h0
U0
1 2
mv2
h
h 0
Ekmax eU0
U0
h e
(
0 )
0
4.光电子的逸出几乎是瞬时
光子射至金属表面，一个光子携带的能量 h 将一 次性被一个电子吸收，若 0 ，电子立
教学：光电效应与光子
E hf (6.61034 ) (5.01014 ) 3.31019 (J )
(2)光愈弱，则所释放出光电子的动能就愈低。
一、光电效应：
3.但直到 1900年，光电效应的实验显示：
(1)当照射光频率f 超过或等于某一个最低频率 f 0 时，才有光电子被释放出来。
(2)若 f 小于 f 0，则不论照射光的强度有多强，都 无法释放出任何光电子。
一、光电效应：
4.结论：
(1)光电子是否产生只和入射光的频率 有 关， 而和光强度 无 关。
2.
绿光光子能量
E
4.0 1019 (J ) 1.6 1019 (J / eV
)
2.5(eV
)
二、光子：
3.在提出光子概念后，有关光子与物质的作用， 爱因斯坦进一步做了下述假设﹕
(1).光子不是被完全吸收，就是完全不被吸收。 在金属中的电子不可吸收非整数个(如 0.6 个) 光子，而只可吸收一个光子。
1.光波长 λ ，频率 f 与光速 c 之关系： f ＝ c/λ
2.光子能量 E ＝ h f，其中 h = 6.6 ×10－34 J‧s
1.绿光频率
f
c
3.0 108 500 109
6.01014 (Hz)
绿光光子能量
E ＝ h f ＝(6.6×10－34）×（6.0×1014）＝4.0×10－19（J）
二、光子：
2.光量子(light quantum)，后来被称为光子(photon)：
每一个光子的能量 E 直接正比于光的频率 f，
即 E ＝ hf
。
其中 h ＝ 6.63 ×10－34 J‧s 称为普朗克常数 （Planck constant），是由实验所决定的。
光电效应、光子
量子论初步
一、光电效应 光子
请回忆
：
为什么丝绸摩擦过的玻璃棒
带正电？
一、光电效应 实验 问题1：现在用紫外线照射锌板，观察用紫外 线照射锌板时，看到了什么现象?为什么会出 现这种现象?
（看到验电器指针发生了偏转，说明锌板带电． 进一步研究表明，锌板带正电）
问题2：分析电流可能是哪种原因产生的?
二、光子说
1900年德国物理学家 普朗克提出：电磁波 的发射和吸收是不连 续的，而是一份一份 的，每一份电磁波能 量E=hv
其中h为普郎克恒量
（1）量子论：
h=6.63×10－34J· S
Max Planck 1858～1947
普朗克将物理学带进了量子世界。
（2）光子论：
1905年爱因斯坦提 出：空间传播的光 也是不连续的，而 是一份一份的，每 一份称为一个光子 ，光子具有的能量 与光的频率成正比
规律4、当入射光的频率大于极限频率时，光电流
随入射光强度的增大而增大
说明：
① 光电流强度：
反映单位时间发射出的光电子数 的多少
② 入射光强度：
指的是单位时间内入射到金属 表面单位面积上的光的能量
波动说在光电效应上遇到了困难
波动说认为：光的能量即光的 强度是由光波的振幅决定的与 光的频率无关。所以波动说对 解释上述实验规律中的①②④ 条都遇到困难。
规律3、光电效应的发生几乎是瞬时的．
问题4：入射光强不影响光电子的最大初 动能，那么入射光强可以对什么发生影响 呢?
（把紫外线管靠近锌板，改变紫外线管与锌板的距离，检 流计指针偏转幅度相应地发生变化。这个现象说明入射光 强度增大时，光电流强度也增大．精确的实验表明，光电 流强度与入射光强度成正比关系，这是光电效应的第4条规 律．
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§ 21.1 光电效应光子
1 •关于光子说的基本内容有以下几方面，不正确的是
A •在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子
B •光是具有质量、能量和体积的物质微粒
C •光子的能量跟它的频率有关
D •紫光光子的能量比红光光子的能量大
2 •某金属在绿光的照射下发生了光电效应
A •若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变
B •若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加
C •若改用紫光照射，则逸出的光电子最大初动能增加
D •若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加
3.关于光电效应规律，下面哪些说法不正确
A .当某种色光照射金属表面时能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大
B .当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多
C •对某金属，入射光波长必须小于一极限波长，才能产生光电效应
D •同一频率的光照射不同的金属，如果都能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大
4•用下面哪种射线照射同一种金属最有可能产生光电效应，且逸出的光电子速率最大
A .紫外线
B .可见光
C .红外线
D .伦琴射线
5•关于光电效应的下列事实，波动说无法解释的是
A •有时光无论多强都无法使金属发生光电效应
B •光电子从金属表面逸出，需要给与能量
C .入射光频率大于极限频率时，光电流的大小与入射光强度成正比
D .光电子的最大初动能与入射光的频率有关
6.在演示光电效应实验中，原来一带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一角度，如图所示，这时
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
弧光灯。