北師大-光電效應(yīng)中學(xué)

粒子性波動(dòng)性光沿直線傳播波粒兩大的爭(zhēng)奪光的反射電磁波-可見(jiàn)光光沿直線泊松亮斑粒子光的色散光電效應(yīng)波雙縫波粒二象性19世紀(jì)末，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面三大定律在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的

Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲等都遵循規(guī)律---能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。牛頓當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績(jī)和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已

經(jīng)發(fā)展到頭了。開(kāi)爾文在英國(guó) 學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上噴了一口毒奶?！暗?，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，----”黑體輻射，邁克耳遜-莫雷實(shí)驗(yàn)與“以太”說(shuō)。開(kāi)爾文一口毒奶黑體輻射與普朗克常量黑體輻射黑體：如果某物體能全部吸收外來(lái)電磁波而不發(fā)生反射，這中物體就成為絕對(duì)黑體黑體輻射：加熱腔體，黑體表面就向外輻射電磁波，這就是黑體輻射。用分光技術(shù)和熱電偶設(shè)備，就能測(cè)出黑體在不同溫度下輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的情況。輻射黑體分子、原子的振動(dòng)可看作諧振子。這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)。

h在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學(xué)所允許的可具有任意值。相應(yīng)的能量是某一最小能量ε（稱(chēng)為能量子）的整數(shù)倍，即：ε,1ε,2ε,3ε,...nε.n為正整數(shù)，稱(chēng)為量子數(shù)。E=nhv（n=1，2，3…)E能量，h是普朗克常量，v是諧振動(dòng)的頻率能量子M.Planck

德1858－1947簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是：普朗克探究黑體輻射時(shí)，實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)很完美，他發(fā)現(xiàn)振動(dòng)的質(zhì)子能量不連續(xù)，最小一份能量為

h能量子某個(gè)物體的能量為：E=nhv（n=1，2，3…)E能量，h是普朗克常量，v是諧振動(dòng)的頻率h=6.62606876(52)x10

-34

J.S波長(zhǎng)的大?。杭t>橙>黃>綠>青>藍(lán)>紫頻率的大小：紫>藍(lán)>青>綠>黃>橙>紅2光電效應(yīng)共享單車(chē)電子鎖的原理？能電池是通過(guò)光電效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置光能----電子逸出---電能光電效應(yīng)簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)弧光燈照射鋅板后，驗(yàn)電器顯示帶正電當(dāng)光線照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱(chēng)為光電效應(yīng)。逸出的電子稱(chēng)為光電子規(guī)律探究2：光電效應(yīng)是否發(fā)生與頻率的關(guān)系金屬板材料光的頻率電子狀態(tài)（偏離/表面/逸出）是否發(fā)生光電效應(yīng)鈉紅綠紫鋅紅綠紫規(guī)律探究2：光電效應(yīng)是否發(fā)生與頻率的關(guān)系金屬板材料光的頻率電子狀態(tài)（偏離/表面/逸出）是否發(fā)生光電效應(yīng)鈉紅否（偏移）綠是（表面）紫是（逸出）鋅紅否（不動(dòng)）綠否（偏移）紫是（表面）規(guī)律1極限頻率：每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的最小頻率當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時(shí)，才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)光電效應(yīng)與頻率規(guī)律探究2：光電效應(yīng)是否發(fā)生與光強(qiáng)的關(guān)系探究2：光電效應(yīng)是否發(fā)生與光強(qiáng)的關(guān)系金屬板材料光的頻率光強(qiáng)電子狀態(tài)（偏離/表面/逸出）鈉綠123紫123鋅綠123紫123規(guī)律探究2：光電效應(yīng)是否發(fā)生與光強(qiáng)的關(guān)系探究2：光電效應(yīng)是否發(fā)生與光強(qiáng)的關(guān)系金屬板材料光的頻率光強(qiáng)電子狀態(tài)（偏離/表面/逸出）鈉綠1表面一個(gè)2表面兩個(gè)3表面三個(gè)紫1逸出一個(gè)2逸出兩個(gè)3逸出三個(gè)鋅綠1偏移一個(gè)2偏移兩個(gè)3偏移三個(gè)紫1表面一個(gè)2表面兩個(gè)3表面三個(gè)規(guī)律2光電流與光強(qiáng)的關(guān)系當(dāng)入射光頻率小于極限頻率時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大也會(huì)不發(fā)生光電效應(yīng)當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時(shí)，飽和光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比，即發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光強(qiáng)越大，單位時(shí)間內(nèi)逸出的電子數(shù)越多。光電效應(yīng)是幾乎是瞬時(shí)的,從光開(kāi)始照射到光電逸出所需時(shí)間t

<10-9s。頻率,

入射光的頻率必須這個(gè)頻率,光電效應(yīng)的規(guī)律是：(1)任何一種金屬都有一個(gè)才能產(chǎn)生光電效應(yīng);(2)入射光照射到金屬上時(shí),光電子的發(fā)射幾乎是極限大于瞬時(shí),

一般不超過(guò)

10-9S

;

(3)產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí),光電流的強(qiáng)度與入射光頻率成正比.關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律，下列說(shuō)法中正確的是A．只有入射光的波長(zhǎng)大于該金屬的極限波長(zhǎng)，光電效應(yīng)才能產(chǎn)生

B．光電流大小與入射光強(qiáng)度成正比C．發(fā)生光電效應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間一般都大于10－9

sD．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從金屬內(nèi)逸出的光電子數(shù)目與入射光強(qiáng)度成正比(

D

)，一驗(yàn)電器與鋅板用導(dǎo)線相連，用紫外線光源照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，下列判斷不正確的是（

C

）此時(shí)鋅板帶正電紫外線越強(qiáng)，驗(yàn)電器的指針偏角越大改用紅外線照射鋅板，驗(yàn)電器的指針一定會(huì)偏轉(zhuǎn)將一不帶電的金屬小球與鋅板接觸，則驗(yàn)電器指針偏角會(huì)減小3光電效應(yīng)方程經(jīng)典認(rèn)為，入射光的光強(qiáng)越大，光波的電場(chǎng)強(qiáng)度的振幅也越大，作用在金屬中電子上的力也就越大，光電子逸出的能量也應(yīng)該越大。也就是說(shuō)，光電子的能量應(yīng)該隨著光強(qiáng)度的增加而增大，不應(yīng)該與入射光的頻率有關(guān)，更不應(yīng)該有什么極限頻率。而經(jīng)典認(rèn)為光能量分布在波面上，吸收能量要時(shí)間，即需能量的積累過(guò)程。經(jīng)典電磁理論光是由光子組成的粒子流，每一個(gè)光子的能量就是一個(gè)hν,整個(gè)光具有的能量就是基本能量的整數(shù)倍，光照射到金屬上時(shí)，光子與材料中的電子相作用，一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子。愛(ài)因斯坦光子說(shuō)2h

W

1

mv2作用，金W：逸出功（克服介質(zhì)的屬特有）光電效應(yīng)方程mv2/2：Ekm最大初動(dòng)能E

=hν：光子入射前的最大能量光電子的最大初動(dòng)能Ekm和入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān),只隨入射光頻率v的增大而增大2h

W

1

mv2光電效應(yīng)方程解釋光電效應(yīng)光強(qiáng)大，光子數(shù)多，

的光電子也多，所以光電流也大。電子只要吸收一個(gè)光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時(shí)間的累積。從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光的頻率成線性關(guān)系。從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動(dòng)能為零時(shí)，可得極限頻率。逸出功和極限頻率的關(guān)系0W

h在研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪出光電子最大初動(dòng)能Ek跟照射光頻率ν的關(guān)系圖象如圖所示.圖線的斜率tgα＝

h

，橫軸上的截距表示該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的

極限頻率，縱軸上的截距的絕對(duì)值表示該金屬的

逸出功的大小.若換用其他金屬做同樣的實(shí)驗(yàn)，測(cè)繪得到的圖線與此圖的圖線相比較

斜率

相同， 不同.截距Ekν0-Wαν02h

W

1

mv2Y=kx+bEK=hv-w加正向電壓的光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置電子運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯姆捶较虼藭r(shí)電源電壓與陰極管內(nèi)一致，所以為正向電壓，會(huì)加速陰極管內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)。電子流動(dòng)方向

電流方向規(guī)律探究3：光強(qiáng)一致時(shí)，正向電壓與飽和光電流的關(guān)系光的頻率電壓表數(shù)值電流表數(shù)值卡片1紅0202426綠0202426紫0202830規(guī)律探究3：光強(qiáng)一致時(shí)，正向電壓與飽和光電流的關(guān)系光的頻率電壓表數(shù)值電流表數(shù)值卡片1紅00200240260綠00.59207.15247.59267.59紫01.272015.722816.993016.99在入射光的強(qiáng)度與頻率不變的情況下，電流——電壓的實(shí)驗(yàn)曲線 。曲線表明，當(dāng)加速電壓U增加到一定值時(shí)，光電流達(dá)到飽和值I，這是因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)從陰極K射出的光電子全部到達(dá)陽(yáng)極A。即飽和電流。0ImI規(guī)律1光電流與正向電壓加反向電壓的光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置電子運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯姆捶较虼藭r(shí)電源電壓與陰極管內(nèi)相反，所以為反向電壓，會(huì)遏制陰極管內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)。電子流動(dòng)方向

電流方向規(guī)律探究4：光強(qiáng)一致，頻率不同時(shí)反向電壓與飽和光電流的關(guān)系光的頻率電壓表數(shù)值電流表數(shù)值卡片2綠00.10.70.8紫00.10.70.9電壓是反向電壓規(guī)律探究4：光強(qiáng)一致，頻率不同，反向電壓與飽和光電流的關(guān)系光的頻率電壓表數(shù)值電流表數(shù)值卡片2綠00.590.10.450.700.80紫01.270.11.170.70.130.90電壓是反向電壓當(dāng)加速電壓逐漸減小到零，并逐漸變負(fù)時(shí)（這時(shí)電場(chǎng)力對(duì)于光電子來(lái)說(shuō)是阻力），光電流并不降為零，所以盡管有電場(chǎng)力阻礙它運(yùn)動(dòng)，仍有部分初動(dòng)能比較大的光電子到達(dá)電極A。隨著反向電壓越來(lái)越大，單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)陽(yáng)極A的光電子數(shù)就越來(lái)越少，光電流也就越來(lái)越小。但是當(dāng)反向電壓增大到等于時(shí)，就能所有的光電子飛向電極A，光電流降為零，這個(gè)電壓叫遏止電壓（-ug）。-ug

0ImI規(guī)律2光電流與反向電壓它使具有最大初速度的光電子也不能到達(dá)電極A。這樣

就能根據(jù)遏止電壓來(lái)確定電子的最大初速度和最大初動(dòng)能Uge=Ekm規(guī)律3頻率與遏止電壓用不同頻率的光去照射電極K時(shí)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是：頻率愈高，遏止電壓ug愈大，說(shuō)明了光電子的最大初動(dòng)能與光的頻率有關(guān)。并且光的頻率v與遏止電壓ug成直線關(guān)系。頻率低于v0的光，不論強(qiáng)度多大，都不能產(chǎn)生光電子，因此v0稱(chēng)為極限頻率。對(duì)于不同的材料極限頻率不同。規(guī)律探究3：頻率相同，不同光強(qiáng)下電壓與飽和光電流的關(guān)系規(guī)律探究3：電壓與飽和光電流的關(guān)系（紫光，光強(qiáng)不同）卡片光的強(qiáng)度電壓表數(shù)值電流表數(shù)值卡片11022243020222430卡片2100.10.70.9200.10.70.9規(guī)律探究3：頻率相同，不同光強(qiáng)下電壓與飽和光電流的關(guān)系規(guī)律探究3：電壓與飽和光電流的關(guān)系（紫光，光強(qiáng)不同）卡片光的強(qiáng)度電壓表數(shù)值電流表數(shù)值卡片1101.272215.042415.723016.99201.52215.722416.323016.99卡片2101.270.11.170.70.130.90201.370.11.190.70.160.90規(guī)律4光強(qiáng)與遏止電壓在用相同頻率不同強(qiáng)度的光去照射電極K時(shí)，得到電流—電壓的曲線

。它顯示出對(duì)于不同強(qiáng)度的光，遏止電壓Ug是相同的，說(shuō)明同一種頻率，不同強(qiáng)度的光所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能是相同的。但光電流強(qiáng)度不同，這是因?yàn)槿肷涔獾膹?qiáng)度是由單位時(shí)間到達(dá)金屬表面的光子數(shù)目決定的，而被的光電子（亦即吸收了光子能量的電子）數(shù)又與光子數(shù)目成正比，這樣光的強(qiáng)度越大，被擊出的光電子數(shù)就越多，則形成的光電流就越強(qiáng)。即當(dāng)入射光的頻率一定時(shí)，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與．則可判斷出（

）電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，A．甲光的頻率大于乙光的頻率

B．乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)

C．乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D．甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能是某金屬在光的照射下，光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的）關(guān)系圖象，由圖象可知（該金屬的逸出功等于-E該金屬的逸出功等于hν0C.入射光的頻率為ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為ED．入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為2E下表給出了一些金屬材料的逸出功?，F(xiàn)用波長(zhǎng)為4

00nm的單色光照射上述材料