光电效应+高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

4.2光电效应一、光电效应的实验规律把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。实验现象：锌板带负电，用紫外线灯照射后，验电器指针的张角减小。

这说明，紫外线照射后的锌板带正电，电子从锌板表面逸出。一、光电效应的实验规律光电效应：当光照射到金属表面，使金属中的电子从表面逸出的现象，

称为光电效应。光电子：光电效应现象中，从金属表面逸出的电子，称为光电子。一、光电效应的实验规律——电路图窗口I实验目的：研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、

光的颜色（频率）间的关系光电效应实验的光路图真空玻璃管阳极A：吸收阴极K发出的光电子，形成光电流。光电流越大，说明光电效应越强。阴极K：受到光照时，发射光电子正向电压：A极的电势高于K极的电势光电子在AK之间被电场加速电压U的大小可调一、光电效应的实验规律——电路图窗口I实验目的：研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、

光的颜色（频率）间的关系光电效应实验的光路图真空玻璃管正向电压：A极的电势高于K极的电势光电子在AK之间被电场加速电压U的大小可调光束照在阴极K上会发生光电效应，但只有极少电子能到达阳极A，电流很小。加上正向电压，大量的电子在电场力作用下向阳极A加速运动，形成较大电流，可以放大实验效果，增强实验的可见性。E

一、光电效应的实验规律——截止频率当入射光频率减小到某一数值

c时，A、K极板间不加反向电压时，电流也为0。此时的光的频率

c称为截止频率。入射光的频率必须高于某一极限频率，才能发生光电效应。截止频率与金属自身的性质（材料）有关：每种金属都有相应确定的截止频率，不同金属的截止频率不同。入射光频率ν

<νc：不论光照多强，都不会发生光电效应1.截止频率/极限频率vc一、光电效应的实验规律——饱和电流光电效应实验的光路图2.饱和电流

Ic一、光电效应的实验规律——饱和电流单位时间内，阴极K发射的光电子数量一定。随电压UAK增大，单位时间内发射的光电子都被阳极A吸收，光电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。入射光越强，单位时间内发射的光电子数量越多，饱和电流越大。保持光的频率（颜色）不变2.饱和电流

Ic++++

一一一一KAE

光电流与电压的关系保持光照不变一、光电效应的实验规律——截止电压施加反向电压3.截止电压/遏止电压

Uc一、光电效应的实验规律——饱和电流3.截止电压/遏止电压

Uc光电流与电压的关系++++

一一一一KAE

光电子克服电场力做功，减速运动。增大反向电压，光电流减小。使光电流减小至0的反向电压Uc，称为截止电压。当K、A间加反向电压：对于同种金属，截止电压只与光的频率有关。同种颜色(相同频率)的光，截止电压相同，与光强无关。光的频率v变化，截止电压会随之变化。一、光电效应的实验规律——饱和电流3.截止电压/遏止电压

Uc光电流与电压的关系++++

一一一一KAE

拥有最大初动能（能量）的光电子到达A极时，动能刚好减小为零：光电子的最大初动能Ek（能量）：只与入射光的频率有关，随频率增大而增大；与入射光的强弱无关。一、光电效应的实验规律——瞬时性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，电流表指针就会随着入射光照射立即偏转。实验发现：光电效应几乎是瞬时发生的，从光照射到产生光电流的时间不超过10-9秒，这种现象称作“光电子的瞬时发射”。电子不需要积累能量的时间。4.光电效应具有瞬时性二、光电效应经典解释中的疑难逸出功W0：要使电子脱离某种金属需要外界对它做功，

所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。金属钨钙钠钾铷vc/（1014HZ）10.957.735.535.445.15W0/eV4.543.202.292.252.13几种金属的截止频率和逸出功不同种类的金属，逸出功的大小不同。金属原子原子核二、光电效应经典解释中的疑难光的电磁理论：光是电磁波当光照射金属表面时，电子会吸收光的能量。若电子吸收的能量超过逸出功，电子就会从金属表面逸出，即光电子。光越强，逸出的电子数越多，光电流越大。若光很弱，电子需要几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需能量。不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可以获得足够能量而逸出表面，不应存在截止频率。光越强，光电子的初动能越大，截止电压Uc应与光的强弱有关。二、光电效应经典解释中的疑难光的电磁理论与光电效应实验规律的矛盾无法通过经典的电磁理论来解释光电效应的实验规律截止电压←光强需要长时间不存在截止频率存在截止频率截止电压←频率瞬时<10-9s三、爱因斯坦的光电效应理论1.光量子理论爱因斯坦在普朗克量子假说的基础上，做了进一步假设，建立起光电效应理论。能量量子化：振动着的带电微粒的能量是不连续的

电磁波的辐射和吸收是不连续的，每一份叫做一个能量子假定电磁波本身的能量也是不连续的爱因斯坦提出，光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，每一份能量子称为光量子，简称光子。E=hν光子的能量：三、爱因斯坦的光电效应理论2.光电效应方程Ek=hv-W0

金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hv，一部分大小为W0的能量被电子用来克服金属的逸出功W0，脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能Ek。光电子的最大初动能对于单个光电子，其离开金属时的动能大小可以是0-Ek范围内的任何数值。金属的逸出功三、爱因斯坦的光电效应理论3.解释光电效应的实验规律——极限频率Ek=hv-W0hv>W0：产生光电效应，有电子逸出

纵轴截距-W0：逸出功的负值hv<W0：无光电效应hv=W0：横轴截距νc：极限频率斜率k=h：普朗克常数三、爱因斯坦的光电效应理论3.解释光电效应的实验规律——遏止电压

Ek=hv-W0遏止电压Uc三、爱因斯坦的光电效应理论3.解释光电效应的实验规律——遏止电压对于某种金属，W0一定，遏止电压Uc只与入射光的频率有关，与光强无关。

某金属的Uc-v图像密立根测量金属的遏止电压Uc和入射光的频率v，计算出普朗克常量h，并与普朗克通过黑体辐射得出的h相比，误差不超过0.5%，顺利验证光电效应方程。三、爱因斯坦的光电效应理论3.解释光电效应的实验规律——瞬时性电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。每个电子只能吸收一个光子，同时吸收两个光子的概率几乎为零。3.解释光电效应的实验规律——饱和电流当入射光的频率大于极限频率时，对于同种频率的光，光强较强时，单位时间内照射到金属表面的光子数较多，产生的光电子较多，因而饱和电流较大。四、康普顿效应和光子的动量2.康普顿效应1.光的散射光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。

X射线λ＝λ0λ=λ0λ>λ0石墨四、康普顿效应和光子的动量4.康普顿效应的光量子理论解释3.康普顿效应的经典理论解释物质中的电子会随入射光以相同的频率振动，并向外辐射，即散射光的频率与入射光频率相等。经典理论无法解释康普顿效应中Δλ的实验现象。若光子与外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，散射光的波长大于入射光的波长。若光子与束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。振动频率=入射光频率=散射光频率四、康普顿效应和光子的动量5.康普顿效应的光子模型光子不仅具有能量，而且具有动量，光子动量p与光的波长λ、普朗克常量h有关爱因斯坦质能方程：光子能量：P↓λ↑四、康普顿效应和光子的动量6.康普顿效应的理论意义有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然成立五、光的本质——波粒二象性波粒二象性：光既有波动性，又有粒子性。光在传播过程中、波长较长时表现出波动性：干涉、衍射、偏振光在与物质相互作用时、波长较