光电效应、光子

[思路点拨]
[解析] 设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大
初动能为Ek，阴极材料逸出功为W0，当反向电压达到U＝
0.60 V以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极，因此 eU＝Ek由光电效应方程：Ek＝hν－W0 由以上二式：Ek＝0.6 eV，W0＝1.9 eV. 所以光电子最大初动能为0.6 eV，该材料的逸出功为1.9 eV. [答案] (1)0.6 eV (2)1.9 eV
数多，光电流的强度大，故I1＞I2.由于紫光光子能量大，同一
光电管，逸出功W0相同，根据爱因斯坦光电效应方程hν＝W0 ＋Ek得：用紫光照射时，光电子的最大初动能大，Ek2＞Ek1.
[答案] (1)A (2)＞ ＜
光电效应方程的应用
[例2]
如图，当电键S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束
光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动 变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为 零．当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零． (1)求此时光电子的最大初动能的大小． (2)求该阴极材料的逸出功．
对光的波粒二象性的理解
[例3]
物理学家做了一个有趣的实验：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，底片上只出 现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规 则的干涉条纹，对这个实验结果认识正确的是( B．单个光子通过双缝后的落点无法预测 C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 )
对光电效应规律的理解
[例1]
(1)关于光电效应，下列说法正确的是(
)
A A．极限频率越大的金属材料逸出功越大 B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应 C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属 的逸出功越小 D．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 (2)用红光照射某一光电管发生光电效应时，测得光子的最 大初动能为Ek1，光电流强度为I1；若改用光的强度与上述红光 相同的紫光照射该光电管时，测得光电子的最大初动能为Ek2， 光电流强度为I2，则Ek1与Ek2，I1与I2的大小关系为： Ek2________Ek1，I2________I1(选填“＞”“＝”或“＜”)
逸出功 W＝ hν0： 金属表面的电子吸收了光子的能量 hν0
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W＝hν0. 饱和光电流：指在一定频率与强度的光照射下的最大光电流， 饱 和光电流不随电路中电压的增大而增大．
光电效应的4条基本规律
1.产生光电效应的条件： 任何一种金属，都存在极限频率ν0，只有当入 射光频率ν>ν0时，才能发生光电效应. 2.光电子的最大初动能： 光电子的最大初动能Ekm与入射光强度无关， 只随入射光频率的增大而增大 . 3.光电效应的发生时间：几乎是瞬时发生的．
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
。
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
光的波粒二象性 1．粒子的波动性 实物粒子也具有波动性，满足如下关系： E h ν＝ h 和 λ＝p ，这种波称为德布罗意波，也叫物质波． 2．光的波粒二象性 光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一 体，其表现规律为： (1)从数量上看：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)从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和 衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现 象，贯穿本领越强． (3)从传播与作用上看：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．
(4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量 E＝hν，光子的动量 h p＝ λ 表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：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 ν 和波长 λ.由以上两式和波速公式 c＝λν 还可以得出：E＝pc.
理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光 当成宏观观念中的粒子．
爱因斯坦的光子假说：
爱因斯坦在1905年提出在空间传播的光不 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E 跟光的 频率ν成正比。 光子的能量 E＝hν
c
每个光子具有的能量为E＝hν＝h (ν 是光的频率， h是普朗克常量，c是光速，λ是光波波长)．光子的动 h 量为p＝ .
指单位时间内入射到金属表面单位面积上的能量， 可以理解为频率一定时，光强越大，光子数多．
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U＝－UC<0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 ν0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 ν0 ，称为 金属的截止频率，或极限频率．
第2节
光电效应 波粒二象性
指针偏转
弧光灯
锌板
灵敏电流计
铜网
高压电源 紫光照射时电流计指针发生偏转
光电效应
一、光电效应
1 定义：在光的照射下，物体表面发出电子
的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。
光电子是金属表面受光照射逸出的电子，光电子 也是电子，与光子不同，光子的本质是光． 光电流：指光电子在电路中形成的电流． 入射光强度：
(2)由曲线可以得到的物理量 ①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν0. ②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝E. ③普朗克常量：图线的斜率k＝h.
爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时 并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的 波动理论。
光电效应理论的验证 美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效 应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的 值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论 的正确。 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电 效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。
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.
量子假说 光子：
普朗克的量子假说：
1900年，德国的物理学家普朗克在研究物体 的热辐射时发现，只有认为电磁波的发射和 吸收是不连续的，而是一份的一份的进行， 理论计算结果才能跟实验事实相符，这样的 一份能量叫做能量子，每一份的能量为hν。 其中ν为辐射电磁波的频率。其中h是一个常 量，叫普朗克常量： h=6.63×10－34J.s
[解析] (1)由W＝hν可知A正确．照射光的频率大于极限频率 时才能发生光电效应，即B错．由Ek＝hν－W0可知C错．入射 光的强度一定时，频率越高，单个光子的能量hν越大，光子数
越少，单位时间内逸出的光电子数越少，故D错．
(2)红光光子的频率比紫光光子的频率小，因此红光的光子能 量小，紫光的光子能量大，当红光和紫光的强度相同时，即单 位时间内单位面积上照射的红光光子个数多，而照射的紫光的 光子个数少，根据光电效应原理，红光照射时，产生的光电子
使金属表面的电子能挣脱原子核的引力而逸出 成为光电子所需做的功叫逸出功

W h 0
在光电效应中，入射光的能量等于出射的光电 子的最大初动能与逸出功之和：
即：h Ekm W或源自Ekm h W这叫爱因斯坦光电效应方程，简称光电方程
3．用图象表示光电效应方程
(1)最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线如图
A．曝光时间不长时，出现不规则的点子，表现出光的波动性
D．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性
[思路点拨] 利用光的波粒二象性和光波是一种概率波分析解答． [解析] 由于光波是一种概率波，故B、C正确．A中的现象说明了光的粒
子性，个别光子的行为通常表现出粒子性，故A、D错误．
[答案] BC