光電效應(yīng)：第二章 波粒二象性

2.1光電效應(yīng)2.2光子第二章波粒二象性學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、了解光電效應(yīng)的規(guī)律及光電管的工作原理；2、知道并理解極限頻率、遏止電壓的概念；3、理解光電效應(yīng)方程，并會加以應(yīng)用。1、在光（包括不可見光）的照射下，使物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。2、光子說（1）

內(nèi)容：在空間中傳播的光也不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子．（2）

光子能量（與頻率成正比）

h：普朗克常量6.63×10-34J.sv（中文發(fā)音紐）：光的頻率一、光電效應(yīng)ε艾普西隆Epsilon（大寫Ε，小寫ε）：光子能量光是由大量的光子組成的二、光電管1.光電管就是利用光電效應(yīng)把光信號轉(zhuǎn)變成電信號的一種傳感器。2.陰極發(fā)出的光電子被陽極收集，在回路中會形成電流，稱為光電流。3、光電管的工作原理光子光電子入射光（大量光子組成）照射到光電管陰極K金屬表面的電子吸收光子逃逸出來形成光電子光電子從陰極K定向移動(dòng)到陽極A,形成光電流

為了把光電子盡可能多地收集到陽極，以增強(qiáng)光電流，通常還在光電管兩極加上正向電壓，如圖所示，光電流在電阻的兩端產(chǎn)生電壓Uab，隨著光的強(qiáng)弱變化而變化。這樣，光電管就把光信號變成了電信號。三、光電效應(yīng)規(guī)律（一）光電流變化實(shí)驗(yàn)已知：紅光的頻率是4.0×1014Hz，綠光的頻率是6.0×1014Hz，藍(lán)光的頻率是6.3×1014Hz，金屬鈉的極限頻率是5.56×1014Hz，現(xiàn)在分別用紅光和藍(lán)光照射在金屬鈉上。所觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有入射光（藍(lán)光）光電流的變化強(qiáng)度改變頻率不變強(qiáng)中弱金屬K在藍(lán)光照射下產(chǎn)生光電效應(yīng)VGKA實(shí)驗(yàn)1：保持入射光頻率不變實(shí)驗(yàn)2：保持光照強(qiáng)度不變?nèi)肷涔馐欠癞a(chǎn)生光電流頻率改變強(qiáng)度不變藍(lán)光綠光紅光VGKAVGKA金屬K在綠光照射下產(chǎn)生光電效應(yīng)金屬K在紅光照射下不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，并且增強(qiáng)光照強(qiáng)度仍不能發(fā)生光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：（1）當(dāng)入射光頻率比較低時(shí)，無論光照多強(qiáng)，照射時(shí)間多長，光電管都不會發(fā)射光電子，產(chǎn)生光電流。對于每一種金屬，只有入射光的頻率達(dá)到某一頻率v0時(shí)，才會產(chǎn)生光電流。我們將v0稱為每一種金屬的極限頻率，對應(yīng)有極限波長；（2）當(dāng)入射光頻率大于v0時(shí)，光照強(qiáng)度越強(qiáng)，產(chǎn)生的光電流越大。綜上所述：（1）光電效應(yīng)的產(chǎn)生的條件是：光照頻率v大于極限頻率v0，與光照強(qiáng)度和時(shí)間無關(guān)；（2）發(fā)生光電效應(yīng)后，光電流的大小跟光照強(qiáng)度成正比，與光照頻率無關(guān)。大中小有無有1．用導(dǎo)線把驗(yàn)電器與鋅板相連接，當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)生的現(xiàn)象是

A有電了從鋅板飛出B有光子從鋅板飛出Ｃ驗(yàn)電器內(nèi)的金屬箔帶正電D驗(yàn)電器內(nèi)的金屬箔帶負(fù)電2、用光照射金屬表面，沒有發(fā)射光電子，這可能是()A入射光強(qiáng)度太小B照射的時(shí)間太短

C光的波長太短D光的頻率太低問題：為什么入射光的頻率v必須大于其照射到其所照射的金屬的極限頻率v0時(shí)才會發(fā)生光電效應(yīng)？材料銫Cs鈉Na鋅Za銀Ag鉑Pt極限頻率/1014Hz4.5455.568.06511.5315.29極限頻率波長/nm660540372260190（二）一些金屬材料的極限頻率和波長結(jié)論：極限頻率是金屬的特有屬性，每一種金屬只有一種特定的極限頻率，不同的金屬極限頻率不同電子藍(lán)光頻率：6.3×1014Hz鈉金屬頻率：5.56×1014Hz原因：當(dāng)光照射金屬時(shí)，電子吸收光子的能量后，首先應(yīng)克服原子核對它束縛，才可以離開金屬表面逸出成為光電子。電子克服金屬原子核的引力所做的功，叫做逸出功。不同的金屬的逸出功是不同的，所以它們的極限頻率也是不同的。逸出功W和極限頻率的關(guān)系寫作：或

愛因斯坦的光電效應(yīng)方程是根據(jù)能量守恒定律得出的。金屬表面的電子從入射光中吸收一個(gè)光子的能量hv時(shí)（電子吸收光子能量，不是光子與電子發(fā)生碰撞），一部分用于電子從金屬表面逸出時(shí)所做的逸出功W，另一部分轉(zhuǎn)換為光電子的最大初動(dòng)能。即或

由此公式可以看出光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率是線性關(guān)系，而不是成正比。如圖13-12所示。其中直線在橫軸上的截距就是這種材料的極限頻率，而此直線的斜率就是普朗克恒量，OB長度表示材料的逸出功。Ekmaxvv0光電效應(yīng)的4條基本規(guī)律1.產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件：

任何一種金屬，都存在極限頻率ν0，只有當(dāng)入射光頻率ν>ν0時(shí)，才能發(fā)生光電效應(yīng).2.光電子的最大初動(dòng)能：

光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大.3.光電效應(yīng)的發(fā)生時(shí)間：幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的．

4.光電流強(qiáng)度的決定因素：當(dāng)入射光頻率ν>ν0時(shí)，光電流隨入射光強(qiáng)度的增大而增大.3．某金屬在一束綠光的照射下發(fā)生光電效應(yīng),則A若增加綠光的照射強(qiáng)度,則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目不變B若增加綠光的照射強(qiáng)度,則逸出的光電子最大初動(dòng)能增加C若改用紫光照射,則逸出的光電子最大初動(dòng)能增加D若改用紫光照射,則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目增加用光電管研究光電效應(yīng)模型1．常見電路(如圖所示)2．兩條線索(1)通過頻率分析：光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大．(2)通過光的強(qiáng)度分析：入射光強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→產(chǎn)生的光電子多→光電流大．3．概念辨析四、遏止電壓從光電管陰極射出的光電子具有一定的動(dòng)能，為了測量光電子的動(dòng)能，可以在光電管的兩個(gè)電極上加方向電影，用于阻止光電子到達(dá)陽極陰極K陽極A電流表G－＋－＋F電根據(jù)電學(xué)知識，設(shè)遏止電壓為U,光電子到達(dá)陽極需要克服電場力做功W=eU如果光電子到達(dá)陽極的速度剛好為零，根據(jù)動(dòng)能定理得可見，光的最大初動(dòng)能可以通過測量遏止電壓來測定。4

(2010·江蘇單科·12C)研究光電效應(yīng)的電路如圖所示．用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流．下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中，正確的是________．光的波粒二象性光的波粒二象性：光的干涉、衍射現(xiàn)象證明，光電效應(yīng)證明，故光具有1.當(dāng)研究個(gè)別光子的行為時(shí)，呈現(xiàn)的是，一個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)是無規(guī)律的，無法預(yù)測其光有波動(dòng)性光有粒子性粒子性運(yùn)動(dòng)軌跡波粒二象性：3、我們不能把光看成宏觀意義上的波（經(jīng)典波），也不能把光看成宏觀意義上的粒子（經(jīng)典粒子）2、當(dāng)研究大量光子的行為時(shí)，呈現(xiàn)的是。干涉、衍射現(xiàn)象中亮條紋是光子到達(dá)，暗條紋是是光子到達(dá),故光波也叫波動(dòng)性概率大的地方

概率小的地方概率波短長曝光時(shí)間結(jié)論1、這張照片清晰的顯示了光的粒子性．2、光子落在某些條形區(qū)域內(nèi)的可能性較大（干涉加強(qiáng)區(qū)），說明光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小可以用波動(dòng)規(guī)律進(jìn)行解釋．頻率越高的光，頻率越低的光，粒子性越強(qiáng)波動(dòng)性越強(qiáng)個(gè)體光子的行為表現(xiàn)出大量光子表現(xiàn)出粒子性波動(dòng)性康普頓效應(yīng)康普頓假設(shè)光子具有能量和動(dòng)量，碰撞過程中能量守恒，動(dòng)量守恒