【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及規(guī)律

【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及規(guī)律【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及規(guī)律全文共7頁，當(dāng)前為第1頁。【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及規(guī)律全文共7頁，當(dāng)前為第1頁。在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫做光電子。研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，陰極K和陽極A封閉在真空管內(nèi)，在兩極之間加一可變電壓，用以加速或阻擋釋放出來的電子。光通過小窗照到陰極K上，在光的作用下，電子從電極K逸出，并受電場(chǎng)加速而形成電流，這種電流稱為光電流。圖1實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，光和光電流之間有一定的依存關(guān)系。1、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)曲線如圖2所示。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，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)陽極A。則飽和電流?！靖咧形锢怼扛咧形锢砉怆娦?yīng)的實(shí)驗(yàn)及規(guī)律全文共7頁，當(dāng)前為第2頁?！靖咧形锢怼扛咧形锢砉怆娦?yīng)的實(shí)驗(yàn)及規(guī)律全文共7頁，當(dāng)前為第2頁。圖2另一方面，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)于光電子來說是阻力），光電流并不降為零，這就表明從電極K逸出的光電子具有初動(dòng)能。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。但由于單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)陽極A的光電子數(shù)減少，所以光電流就隨著減小。隨著反向電壓越來越大，單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)陽極A的光電子數(shù)就越來越少，光電流也就越來越小。但是當(dāng)反向電壓增大到等于時(shí)，就能阻止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。它使具有最大初速度的光電子也不能到達(dá)電極A。這樣我們就能根據(jù)遏止電壓來確定電子的最大初速度和最大初動(dòng)能，即可得：，式中e為電子的電荷。2、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—電壓的曲線如圖3所示。它顯示出對(duì)于不同強(qiáng)度的光，是相同的，這說明同一種頻率，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)槿肷涔獾摹靖咧形锢怼扛咧形锢砉怆娦?yīng)的實(shí)驗(yàn)及規(guī)律全文共7頁，當(dāng)前為第3頁。強(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，而被擊中的光電子（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。【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及規(guī)律全文共7頁，當(dāng)前為第3頁。圖33、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，愈大，說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與成直線關(guān)系，如圖4所示。頻率低于的光，不論強(qiáng)度多大，都不能產(chǎn)生光電子，因此稱為極限頻率。對(duì)于不同的材料極限頻率不同。圖4總結(jié)所有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，光電效應(yīng)的規(guī)律就可歸納為如下幾點(diǎn)：【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及規(guī)律全文共7頁，當(dāng)前為第4頁。(1)在入射光頻率一定的情況下，飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成正比，也就是單位時(shí)間內(nèi)被擊出的光電子數(shù)與入射光的強(qiáng)度成正比?！靖咧形锢怼扛咧形锢砉怆娦?yīng)的實(shí)驗(yàn)及規(guī)律全文共7頁，當(dāng)前為第4頁。(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，而只與入射光的頻率有關(guān)。頻率越高，光電子的能量就越大。(3)入射光的頻率低于的光，無論光的強(qiáng)度如何，照射時(shí)間多長(zhǎng)，都沒有光電子發(fā)射。(4)光的照射和光電子的釋放幾乎是同時(shí)的，一般不超過秒。為了解釋光電效應(yīng)的所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果，1905年愛因斯坦推廣了普朗克關(guān)于能量子的概念，提出了光子說，光子說能夠很好地解釋光電效應(yīng)。把光子的概念應(yīng)用于光電效應(yīng)時(shí)，愛因斯坦認(rèn)為一個(gè)光子的能量是傳遞給金屬中的單個(gè)電子的。電子吸收一個(gè)光子后，把能量的一部分用來掙脫金屬對(duì)它的束縛，余下的一部分就變成電子離開金屬表面后的動(dòng)能，按能量守恒和轉(zhuǎn)化定律應(yīng)有：上式即為愛因斯坦光電效應(yīng)方程，其中為光電子的動(dòng)能，W為光電子逸出金屬表面所需的最小能量，稱為金屬的逸出功。不同的金屬逸出功是不一樣的。光電效應(yīng)方程的圖象如圖5所示，即為該種金屬的極限頻率?！靖咧形锢怼扛咧形锢砉怆娦?yīng)的實(shí)驗(yàn)及規(guī)律全文共7頁，當(dāng)前為第5頁?！靖咧形锢怼扛咧形锢砉怆娦?yīng)的實(shí)驗(yàn)及規(guī)律全文共7頁，當(dāng)前為第5頁。圖5

例1、如圖6所示，當(dāng)電鍵K斷開時(shí)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零，合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零。當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為（

）A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV圖6解析：由于光電子的能量為2.5eV，則電子吸收光子的能量后電子能量就達(dá)到2.5eV。當(dāng)電壓表的讀數(shù)為0.60V時(shí)，加在【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及規(guī)律全文共7頁，當(dāng)前為第6頁。光電管兩極間的電壓即為0.60V，并且陰極P的電勢(shì)高，這樣從陰極P發(fā)射的電子將克服電場(chǎng)力做功到達(dá)陽極。當(dāng)電壓表的讀數(shù)為0.60V時(shí)，電流表的讀數(shù)剛好為零，這說明最大初動(dòng)能的光電子到達(dá)陽極后速度剛好為零，并且克服電場(chǎng)力做功為0.6eV。對(duì)于初動(dòng)能最大的電子我們知道是因?yàn)樗鼈冊(cè)诿撾x金屬時(shí)克服外力做的功最少。則可知電子在脫離金屬時(shí)所要做功的最小值為1.9eV，即可知陰極材料的逸出功為1.9eV【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及規(guī)律全文共7頁，當(dāng)前為第6頁。例2、關(guān)于光電效應(yīng)下述說法中正確的是（

）A.

光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光強(qiáng)度的增大而增大B.

只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，照射時(shí)間足夠長(zhǎng)，就一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)C.

在光電效應(yīng)中，飽和光電流的大小與入射光的頻率無關(guān)D.

任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，低于這個(gè)頻率的光不能發(fā)生光電效應(yīng)解析：由前面的實(shí)驗(yàn)規(guī)律知，光電子的最大初動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān)，而與光的強(qiáng)度無關(guān)，所以答案A錯(cuò)誤。是否能發(fā)生光電效應(yīng)是由光的頻率決定的，只要光的頻率大于金屬的極限頻率就可以發(fā)生光電效應(yīng)，而與光的強(qiáng)度與照射時(shí)間無關(guān)。則答案B錯(cuò)誤。對(duì)于答案C正確的理解是這樣的，飽和光電流的大小是與光強(qiáng)有關(guān)，但不等于說與入射光的頻率【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及規(guī)律全文共7頁，當(dāng)前為第7頁。無關(guān)。飽和光電流與光強(qiáng)成正比的結(jié)論應(yīng)是在入射光頻率一定的條件下才成立的。若入射光的強(qiáng)度一定時(shí)，入射光的光子數(shù)便取決于每一個(gè)光子