尖端放电
导体尖端的电荷特别密集，尖端附近的电场特别强，就会发生尖端放电
强电场作用下，物体尖锐部分发生的一种放电现象称为尖端放电,他属于一种电晕放电。他的原理是物体尖锐处曲率大，电力线密集，因而电势梯度大，致使其附近部分气体被击穿而发生放电。如果物体尖端在暗处或放电特别强烈，这时往往可以看到它周围有浅蓝色的光晕.
通常情况下，空气是不导电的，但是如果电场特别强，空气分子中的正负电荷受到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电离。由于电离后的空气中有了可以自由移动的电荷，空气就可以导电了，空气电离后产生的负电荷就是负离子，失去原子的电荷带正电，叫做正离子。
（对孤立导体）导体表面有电荷堆积时，电荷密度与导体表面的形状有关。在凹的部位电荷密度接近零，在平缓的部位小，在尖的部位最大。当电荷密度达到一定的量值后，电荷产生的电场会很大，以至于把空气击穿（电离），空气中的与导体带电相反的离子会与导体的电荷中和，出现放电火花，并能听到放电声。
如高压线有轮廓的地方，就会出现尖端放电。由于接到电源上，它一边放电，一边不停的提供放电需要的电荷，这种放电会持续下去。
避雷针是另外一个好的例子。高大建筑物上安装避雷针，当带电云层靠近建筑物时，建筑物会感应上与云层相反的电荷，这些电荷会聚集到避雷针的尖端，达到一定的值后便开始放电，这样不停的将建筑物上的电荷中和掉，永远达不到会使建筑物遭到损坏的强烈放电所需要的电荷。雷电的实质是2个带电体间的强烈的放电，在放电的过程中有巨大的能量放出。建筑物的另外一端与大地相连，与云层相同的电荷就流入大地。显然，要是避雷针起作用，必须保证尖端的尖锐和接地通路的良好，一个接地通路损坏的避雷针将使建筑物遭受更大的损失
光电现象
电磁辐射（可见光、紫外线、X 射线或γ射线）投射到物体（气、液、固）上被物体吸收，使这物体的电性质发生变化的现象。它主要包括光电效应、光电离现象、光电导现象、光生伏打效应、俄歇效应、康普顿效应、光核效应。
光电效应[1]在光辐照下，物体内部的电子获得足够的能量越过表面从物体内逸出，这种现象叫做光电发射效应，逸出的电子称为光电子。每个光量子具有能量hv，其中h是普朗克常数，v是光的频率。光子进入物体后与电子作用，如果电子是自由的，则吸收光子能量的电子，必须克服物体表面势垒的阻挡才能逸出物体表面，电子从金属表面逸出时所须作的功称为材料的逸出功或功函数,用符号W来表示。因此,电子逸出表面时的最大动能是。(1)
如果固体中的电子是束缚的，则光子能量还必须大于原子的电离能。
纯金属的逸出功都比较高，它不但与材料有关，还与金属表面状态有关。掺杂与表面化学处理是降低材料逸出功的一些具体办法。绝缘体与半导体中电子的能量分布不同于金属的，逸出功也和金属的不同。结果，人们发现不同材料，尽管逸出功相同，其光电产额（光电子数与入射光子数之比）和入射光子的能量关系并不一样。低逸出功与高光电产额是一切近代光电材料所必须具备的指标，吸收光子与发射出光电子之间的时间延迟小于0.1n s。
光电离现象当光辐照气体（或液体）时，如果光子能量大于分子（或原子）的电离能，则中性气体（或液体）的分子（或原子）被电离成电子与正离子，这一过程称为光电离现象。
光电导现象材料在光的辐照下，其电导发生变化的现象。在光辐照下，材料的电导通常是增大的，但也有少数相反情况。导体的电导很大，在光的辐照下，电导不会发生明显的变化。会发生明显变化的材料是半导体，因此，光电导现象是半导体的主要特征之一。
当半导体受到光辐照时，自由载流子（自由电子与空穴）增多、电导变大,直到电流-电压曲线达到饱和为止。光电导中电子的基本过程取决于材料的能带结构以及材料中的杂质等因素。自由载流子的寿命是决定光灵敏度（即每一吸收光子所产生的电导变化）最重要的因素之一。寿命与载流子复合过程的性质有关。半导体的光吸收特性是另一个决定光灵敏度的重要因素。当光子能量大于半导体的禁带能隙时，每个光子可以产生一个自由电荷对，即一个自由电子与一个自由空穴。如果光子能量比禁带能隙大很多倍，吸收一个光子可以产生许多自由电荷对。
光生伏打效应是指物体由于吸收光子而产生电动势的现象。当两种不同材料所形成的结受到光辐照时,结上产生电动势。它的过程先是材料吸收光子的能量，产生数量相等的正、负电荷，随后这些电荷分别迁移到结的两侧，形成偶电层。光生伏打效应虽然不是瞬时产生的，但其响应时间是相当短的。当前，光生伏打效应主要是应用在半导体的PN结上，把辐射能转换成电能。大量研究集中在太阳能的转换效率上。理论预期的效率为24％。实验上已达14％。
俄歇效应当X射线或γ射线辐照到物体上时,由于光子能量很高，能穿入物体，使原子内壳层上的束缚电子发射出来，于是，在内壳层上出现空位，而原子外壳层上的电子可能跃迁到这空位上。一定的内原子壳空位可以引起许多个俄歇电子跃迁。跃迁时释放的能量将以辐射的形式向外发射。这种现象是1925年P. -V.俄歇所发现的，因而称为俄歇效应。跃迁的电子名为俄歇电子。俄歇效应是研究核子过程（如捕捉过程与内转换过程）的重要手段，同时从俄歇电子的能量与强度，可以求出原子或分子中的过渡几率。反之，由已知能量的俄歇光谱线，可以校准转换电子的能量。
康普顿效应X射线或γ射线通过物质时,其散射线中有部分改变了原来的波长，波长的改变量与入射线的波长无关，只由散射角决定。这种现象称为康普顿效应。其机制是：当光子和静止电子碰撞时，光子将把一部分能量与动量给予电子，而光子与电子将沿不同方向运动。理论分析结果是入射与散射光子的波长差为(2) 式中h是普朗克常数,m e是静止的电子质量,с是真空中的光速,θ是光子散射角。的值为2.4262×10米，它是长度的基本原子单位，并称为康普顿波长。
不同能区的光子与分子、原子、电子、原子核发生相互作用时产生不同的效应。当入射光子的能量较低时(hv<0.5MeV)以产生光电效应为主;入射光子能量很高时(h v>10MeV)，光子可产生正、负电子对；入射光子的能量介于以上能区之间时，其能量的衰减主要取决于康普顿散射。
光核效应如果光子的能量特别高，其波长和原子核的直径相当，则可以发生各种核反应。和光电效应极其类似的过程是，在原子核吸收了光子能量后，发射出质子或中子。更复杂的一些相互作用是发射出较重的粒子（α粒子、氘核、氚核）,或许多个粒子，造成核的光裂变。
光电效应实验 一定频率的光照射在金属表面时, 会有电子从金属表面逸出,这种现象称为光电效应。1887年赫兹发现了光电效应现象，以后又经过许多人的研究，总结出一系列实验规律。1905年，爱因斯坦在普朗克能量子假设的基础上，提出了光量子理论，成功地解释了光电效应的全部规律。 实验原理 光电效应的实验原理如图1所示。用强度为P 的单色光照射到光电管阴极K 时，阴极释放出的光电子在电场的加速作用下向阳极板A 迁移，在回路中形成光电流。 图1 实验原理图 图2 光电管同一频率不同光强的 伏安特性曲线 用实验得到的光电效应的基本规律如下： 1、 光强P 一定时，改变光电管两端的电压AK U ，测量出光电流I 的大小，即可得 出光电管的伏安特性曲线。随AK U 的增大，I 迅速增加，然后趋于饱和，饱和 光电流m I 的大小与入射光的强度P 成正比。 2、 当光电管两端加反向电压时，光电流将逐步减小。当光电流减小到零时，所对 应的反向电压值，被称为截止电压U 0（图2）。这表明此时具有最大动能的光 电子刚好被反向电场所阻挡，于是有 0202 1eU mV =（式中m 、V 0、e 分别为电子的质量、速度和电荷量）。（1） 不同频率的光，其截止电压的值不同（图3）。 3、 改变入射光频率ν时，截止电压U 0随之改变，0U 与ν成线性关系（图4）。实 验表明，当入射光频率低于0ν(0ν随不同金属而异，称为截止频率)时，不论光 的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。
图3光电管不同频率的伏安特性曲线 图4截止电压U 0与频率ν的关系 4、光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于0ν，在开始照射后立即有光电子产生，延迟时间最多不超过910-秒。 经典电磁理论认为，电子从波阵面上获得能量，能量的大小应与光的强度有关。因此对于任何频率，只要有足够的光强度和足够的照射时间，就会发生光电效应，而上述实验事实与此直接矛盾。显然经典电磁理论无法解释在光电效应中所显示出的光的量子性质。 按照爱因斯坦的光量子理论，光能是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为ν的光子具有能量ν=h E ，h 为普朗克常数。当光束照射金属时，是以光粒子的形式打在它的表面上。金属中的电子要么不吸收能量，要么就吸收一个光子的全部能量νh ，而无需积累能量的时间。只有当这能量大于电子摆脱金属表面约束所需的逸出功A 时，电子才会以一定的初动能逸出金属表面。按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程： A mV hv +=2021 （2） 式中，A 为金属的逸出功，202 1mV 为光电子获得的初始动能。 由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大。光子的能量A h 0<ν时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。产生光电效应的最低频率（截止频率）是h A 0=ν。 将（2）式代入（1）式中可得： A h eU 0-ν= （3） )(00v v e h U -= 此式表明截止电压0U 是频率ν的线性函数。只要用实验方法得出不同的频率的截止电压，由直线斜率和截距，就可分别算出普朗克常数h 和截止频率0ν。基于此，在爱因斯坦光量子理论提出约十年后，密立根用实验证实了爱因斯坦的光电效应方程，并精确地测定了普朗克常数。两位物理大师在光电效应等方面的杰出贡献，分别于1921
实验题目：光电效应法测普朗克常量 实验目的：1.了解光电效应的基本规律； 2.用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。 实验原理：当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。在光电效应中，光显示出它的粒子性质，所以这种现象对认识光的本性，具有极其重要的意义。 光电效应实验原理如图8.2.1-1所示。 1． 光电流与入射光强度的关系 光电流随加速电位差U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值和值I H ，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当U= U A -U K 变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差U a 存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。 2． 光电子的初动能与入射频率之间的关系 光电子从阴极逸出时，具有初动能，在减速电压下，光电子逆着电场力方向由K 极向A 极运动。当U=U a 时，光电子不再能达到A 极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力作用的功。即 a eU mv =2 2 1 （1） 根据爱因斯坦关于光的本性的假设，光是一粒一粒运动着的粒子流，这些光粒子称为光子。每一光子的能量为hv =ε，其中h 为普朗克常量，ν为光波的频率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了光子的能量h ν之后，一部分消耗于克服电子的逸
出功A ，另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知 A mv hv += 2 2 1 （2） 式（2）称为爱因斯坦光电效应方程。 由此可见，光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系，而与入射光的强度无关。 3． 光电效应有光电存在 实验指出，当光的频率0v v <时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据式（2），h A v = 0，ν0称为红限。 爱因斯坦光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：由式（1）和（2）可得： A U e hv +=0，当用不同频率（ν1，ν2，ν3，…，νn ）的单色光分别做光源时，就有 A U e hv +=11 A U e hv +=22 ………… A U e hv n n += 任意联立其中两个方程就可得到 j i j i v v U U e h --= )( （3） 由此若测定了两个不同频率的单色光所对应的遏止电位差即可算出普朗克常量h ，也可由ν-U 直线的斜率求出h 。 因此，用光电效应方法测量普朗克常量的关键在于获得单色光、测得光电管的伏安特性曲线和确定遏止电位差值。 实验中，单色光可由水银灯光源经过单色仪选择谱线产生。 表8.2.1-1 可见光区汞灯强谱线
光电效应规律和光电效应方程 一、选择题 1．下列关于光电效应实验结论的说法正确的是() A．对于某种金属，无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 B．对于某种金属，无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 C．对于某种金属，超过极限频率的入射光强度越大，所产生的光电子的最大初动能就越大 D．对于某种金属，发生光电效应所产生的光电子，最大初动能与入射光的频率成正比 【解析】选A. 发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度、光照时间无关，所以光的频率小于极限频率就不能产生光电效应，故A正确，B错误．根据光电效应方程E k＝hν－W0，可知入射光的频率大于极限频率时，频率越高，光电子的最大初动能越大，与入射光强度无关，故C错误．根据光电效应方程E k＝hν－W0，可知光电子的最大初动能与入射光的频率是一次函数关系，故D错误． 2．在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是() A．增大入射光的强度，光电流增大 B．减小入射光的强度，光电效应现象消失 C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应 D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大 【解析】选AD.增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B错误；用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hν－W0＝ 2 1 mv2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确． 3．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开了一个角度，如图所示，这时() A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．锌板带负电，指针带正电D．锌板带负电，指针带负电 精品文档
火焰为何不偏向尖端？ 刘毅平（江苏省苏州实验中学江苏215011） 关键词：电风尖端放电 摘要：中学物理中有一个有趣的尖端放电实验，即：利用“电风”将蜡烛的火焰吹向一边，本文作一解释。 我们知道在静电学中，导体带电时，导体表面突出和尖锐的地方，电荷分布比较密集，使其附近形成很强的电场。导体尖端附近空气中残留的正负离子在强电场的作用下发生剧烈的运动，并与空气中的气体分子碰撞，将空气分子电离成许多新的正负离子，那些与尖端带同种电荷的离子，受到排斥，远离尖端，形成“电风”。与尖端带异种电荷的离子受到吸引，奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷，这就是尖端放电。利用尖端放电现象，我们可以做尖端放电吹蜡烛的实验。 对这一实验的一般解释是：跟尖端带同种电荷的离子受到排斥而飞向远方,吹动火焰朝背离尖端的方向偏移。结果，学生就产生疑问：那为什么不说异种离子受到吸引飞向尖端，将火焰朝尖端方向吹呢？吹动火焰的到底是电子，还是从空气中电离出来的离子？如果尖端是带负电的话，那从尖端跑出来电子可以理解，但如果尖端带的是正电，那么还会有电子跑出来吗？ 可见，以上解释并不充分，也难以让人满意。本人以为，在尖端放电现象中，的确存在正、负两种离子朝相反方向运动，吹动蜡烛火焰的主要是与尖端上带同种电荷的离子。问题是与尖端上带异种电荷的离子的确在向尖端飞去呀！难道它对蜡烛火焰没有影响？其实，两种离子对火焰都有影响，只不过与尖端带同种电荷的离子起主导作用罢了。原因是，在尖端放电现象中，尖端的电场最强，与尖端带同种电荷的离子在强电场的作用下，加速飞向蜡烛火焰，形成的“电风”强；而与尖端带异种电荷的离子由于离尖端较远，受到尖端电场的作用较弱，故形成的反向“电风”较弱，所以，蜡烛火焰才被吹响远离尖端的方向！ 本人以实验证实了以上观点：我用J1206—1型电子感应圈做此实验，直接用感应圈上的尖针对着蜡烛火焰。一次使尖针带正电荷，蜡烛火焰被吹向背离尖端方向，说明火焰主要是受到正离子的作用；另一次是使尖针带负电，蜡烛火焰仍然被吹向背离尖端方向，说明火焰主要是受到负离子（电子）的作用；可见，火焰被吹响远离尖端的方向是同时受两种离子共同作用的结果！ Email：syzxlyp@https://www.doczj.com/doc/c915715567.html,
第二节光的粒子性 一、教学目标 1．应该掌握的知识方面． (1)光电效应现象具有哪些规律． (2)人们研究光电效应现象的目的性． (3)爱因斯坦的光子说对光电效应现象的解释． 2．培养学生分析实验现象，推理和判断的能力方面． (1)观察用紫外线灯照射锌板的实验，分析现象产生的原因． (2)观察光电效应演示仪的实验过程，掌握分析现象所得到的结论． 3．结合物理学发展史使学生了解到科学理论的建立过程，渗透科学研究方法的教育． 二、重点、难点分析 1．光电效应现象的基本规律、光子说的基本思想和做好光电效应的演示实验是本节课的重点． 2．难点是(1)对光的强度的理解，(2)发生光电效应时光电流的强度为什么跟光电子的最大初动能无关，只与入射光的强度成正比． 三、教具 锌板、验电器、紫外线灯、白炽灯、丝绸、玻璃棒、光电效应演示仪． 四、主要教学过程 (一)新课的引入 光的波动理论学说虽然取得了很大的成功，但并未达到十分完美的程度．光的有些现象波动说遇到了很大的困难，请观察光电效应现象． (二)教学过程的设计 1．演示实验． 将锌板与验电器用导线连接，用细砂纸打磨锌板表面．把丝绸摩擦过的玻璃棒放在锌板附近，用紫外线灯照射锌板． 边演示边提问：紫外线灯打开前后，验电器指针有什么变化？这一现象说明了什么问题？引导学生分析并得出结论：光线照射金属表面，金属失去了电子导致验电器指针张开一角度．明确指出光电效应是光照射金属表面，使物体发射电子的现象．照射的光可以是可见光，也可以是不可见光．发射出的电子叫光电子． 说明：这个实验如果按照课本上的装置进行效果很不理想，因为紫外线照射锌板飞出电子时锌板带正电，在锌板附近形成电场又将电子吸附回去．锌板电势升到很小的值就使逸出和返回的电子达到动态平衡，很难使验电器指针明显地张开． 2．进一步研究光电效应． 以上实验改用很强的白炽灯照射，却不能发生光电效应．向学生提出问题：光电效应的发生一定是有条件的，存在着一定规律．有什么规律呢？让我们进一步研究． 向学生介绍光电效应演示仪．在黑板上画一示意图，如图所示．S为抽成真空的光电管，C 是石英窗口，光线可通过它照射到金属板K上，金属板A和K组成一对电极与外部电路相连接．光源为白炽灯，在光源和石英窗口C之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节．
光电效应测普朗克常量 姓名：梁智健 学院：材料成型及控制工程166班 学号：5901216163 台号：22 时间：2017-10-16 实验教室：309 【实验目的】 1、验证爱因斯坦光电效应方程，并测定普朗克常量h。 2、了解光电效应规律，加深对光的量子性的理解。 3、学会用作图法处理数据。 4、研究光电管的伏安特性及光电特性。 【实验仪器】 1.光电效应测定仪 2.光电管暗箱 3.汞灯灯箱以及汞灯电源箱。 【实验原理】 1、当光照射在物体上时，光的能量只有部分以热的形式被 物体所吸收，而另一部分则转换 为物体中某些电子的能量，使这 些电子逸出物体表面，这种现象 称为光电效应。在光电效应这一 现象中，光显示出它的粒子性， 所以深入观察光电效应现象，对 认识光的本性具有极其重要的意 义。普朗克常数h是1900年普朗克 为了解决黑体辐射能量分布时提 出的“能量子”假设中的一个普
适常数，是基本作用量子，也是粗略地判断一个物理体系是否需要用量子力学来描述的依据。 1905年爱因斯坦为了解释光电效应现象，提出了“光量子”假设，即频率为v 的光子其能量为h v ?。当电子吸收了光子能量h v ?之后，一部分消耗与电子的逸出功W ，另一部分转换为电子的动能212 m v ?，即爱因斯坦光电效应方程 212m hv mv W =+(1) 2、光电效应的实验示意图如图1所示，图中GD 是光电管， K 是光电管阴极，A 为光电管阳 极，G 为微电流计，V 为电压表， E 为电源，R 为滑线变阻器，调 节R 可以得到实验所需要的加 速电位差AK U 。不同的电压AK U ，回路中有不同的电流I 与之对 应，则可以描绘出如图2所示的 AK U -I 伏安特性曲线。 （1）饱和电流的强度与光强成 正比 加速电压AK U 越大，电流I 越大，当AK U 增加到一定值后，电流达到最大值H I ，H I 称为饱和电流，而且H I 的大小只与光强成正比。 （2）遏制电压的大小与照射光的频率成正比 如图3所示，电源E 反向连接，即当加速电压AK U 变为负值时，电流I 会迅速较少，当加速电压AK U 负到一定值Ua 时，电流0I =，这个电压Ua 叫做遏制电压，4所示。 212 a mv e U =?(2)
一、选择题 （11·河池）9．科学家的发明与创造推动了人类文明的进程。在下列科学家中，首先发现电磁感应现象的是A．法拉第 B．焦耳 C．奥斯特 D．安培 答案：A （11·苏州）10．如图所示，导体AB水平置于蹄形磁铁的磁场中，闭合开关后，导体AB在下列运动情况中，能使图中小量程电流表指针发生偏转的是 A．静止不动 B．水平向右运动 C．竖直向上运动 D．竖直向下运动 答案：B （11·宿迁）11．如图所示装置可探究感应电流产生的条件，下面操作中能产生感应电流的是 A．保持磁铁静止，将导体棒ab上下移动 B．保持导体棒ab静止，将磁铁左右移动 C．保持导体棒ab静止，将磁铁上下移动 D．保持导体棒ab静止，将磁铁沿导体棒ab方向前后移动答案：B
（11·连云港）5．关于发电机的工作原理，下列说法正确的是 A．电流的热效应 B．电流周围存在磁场 C．电磁感应现象 D．磁场对通电导体的作用 答案：C （11·南京）7．如图所示的四幅图中能说明发电机工作原理的是 答案：A （11·肇庆）9．如右图所示，以下四种措施不能 ．．使电流表指针偏转的是 A．将条形磁铁向下插入线圈 B．将条形磁铁从线圈中抽出 C．让条形磁铁静止在线圈中 D．条形磁铁静止而将线圈向上移动 答案：C （11·无锡）11．如图所示为“探究感应电流产生条件”
的实验装置．回顾探究过程，以下说法正确的是 A．让导线ab在磁场中静止，蹄形磁体的磁性越强，灵敏电流计指针偏转角度越大 B．用匝数较多的线圈代替单根导线ab，且使线圈在磁场中静止，这时炙敏电流计指针偏转角度增大 C．蹄形磁体固定不动．当导线ab沿水平方向左右运动时，灵敏电流计指针会发生偏转 D．蹄形磁体固定不动，当导线ab沿竖直方向运动时，灵敏电流计指针会发生偏转 答案：C （11·兰州）13．关于电磁感应现象，下列说法正确的是 A．电磁感应现象中机械能转化为电能 B．感应电流的方向只跟导体运动方向有关 C．感应电流的方向只跟磁场方向有关 D．导体在磁场中运动，能够产生感应电流 答案：A （11·泉州）4．在如图所示的实验装置图中能够说明电磁感应现象的是
中国古代对电现象的认识 我国古代对电的认识，是从雷电及摩擦起电现象开始的。早在3000多年前的殷商时期，甲骨文中就有 了“雷”及“电”的形声字。西周初期，在青铜器上就已经出现加雨字偏旁的“電”字。 王充在《论衡·雷虚篇》中写道：“云雨至则雷电击”，明确地提出云与雷电之间的关系。在其后的古代典籍中，关于雷电及其灾害的记述十分丰富，其中尤以明代张居正（1525～1582）关于球形闪电的记载最为精彩，他在细致入微的观察的基础上，详细地记述了闪电火球大小、形状、颜色、出现的时间等，留下了可靠而宝贵的文字资料。 在细致观察的同时，人们也在探讨雷电的成因。《淮南子·坠形训》认为，“阴阳相薄为雷，激扬为电”，即雷电是阴阳两气对立的产物。王充也持类似看法。明代刘基（1311～1375）说得更为明确：“雷者，天气之郁而激而发也。阳气困于阴，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电”。可见，当时己有人认识到雷电是同一自然现象的不同表现。 尖端放电也是一种常见的电现象。古代兵器多为长矛、剑、戟，而矛、戟锋刃尖利，常常可导致尖端放电发生，因这一现象多有记述。如《汉书·西域记》中就有“元始中（公元3年）……矛端生火”，晋代《搜神记》中也有相同记述：“戟锋皆有火光，遥望如悬烛”。避雷针是尖端放电的具体应用，我国古代地采用各种措施防雷。古塔的尖顶多涂金属膜或鎏金，高大建筑物的瓦饰制成动物形状且冲天装设，都起到了避雷作用。如武当山主峰峰顶矗立着一座金殿，至今已有500多年历史，虽高耸于峰巅却从没有受过雷击。金殿是一座全铜建筑，顶部设计十分精巧。除脊饰之外，曲率均不太大，这样的脊饰就起到了避雷针作用。每当雷雨时节，云层与金殿之间存在巨大电势差，通过脊饰放电产生电弧，电弧使空气急剧膨胀，电弧变形如硕大火球。其时雷声惊天动地，闪电激绕如金蛇狂舞，硕大火球在金殿顶部激跃翻滚，蔚为壮观。雷雨过后，金殿经过水与火的洗炼，变得更为金光灿灿。如此巧妙的避雷措施，令人叹为观止。 我国古人还通过仔细观察，准确地记述了雷电对不同物质的作用。《南齐书》中有对雷击的详细记述：“雷震会稽山阴恒山保林寺，刹上四破，电火烧塔下佛面，而窗户不异也”。
17.2 光电效应现象 班级：姓名： 【教学目标】 1．知道什么是光电效应现象； 2．知道光电效应的实验规律； 3．体会经典电磁理论不能完全解释光电效应现象，会用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应现象； 4．会推导光子动量表达式； 【教学重点】 1．光电效应规律及其产生的原因分析； 2．光的粒子性 【预学单】 1、在研究微观粒子能量时，焦耳（J）这个单位太大了，人们常用eV来表示能量的单位。一个带电量等于元电荷e的粒子，经1V电压加速获得的能量即为1eV，试推导1eV等于多少焦耳？ 2、光的本质是什么？ 【研学单】 主题一：认识光电效应现象； 实验：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（如图所示），观察验电器指针的变化。 这个现象说明了什么问题？ 活动小结： 1、光电效应现象：在光(包括不可见光)的照射下，金属中的从表面逸 出的现象叫做光电效应现象。逸出的叫做。 主题二：光电效应规律； 实验： （1）存在截止频率： 如图所示电路，AK间电场方向由级指向级。 当入射光的颜色（频率）高于某个值时，打开窗口，发现电流表示数， 这表明在光的照射下K级电子溢出（填“有”或“无”）。 当入射光的颜色（频率）低于某个值时，打开窗口，发现电流表示数， 这表明在光的照射下K级电子溢出（填“有”或“无”）。 这个值称为截止频率。 （2）存在饱和电流： 实验表明：对于一定颜色（频率）的光，强度一定时，光电流随所加电压的增大而，当电压增大到一定程度后，光电流趋于一个；入射光越强，饱和电流。
（3）存在遏止电压： 将AK 反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用， 光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 U c 时，光电流恰为0， Uc 称遏止电压。 思考：遏止电压与哪些因素有关？ 实验表明：对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电 压都是 ；光的频率变高时，遏止电压 。这表明，光 电子的能量只与入射光的 有关，与入射光的 无 关。 （4）具有瞬时性： 当入射光频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在光照射 到K 级的瞬间立刻产生光电流，精确测量表明，时间不超过 s 。 当入射光频率低于截止频率时，无论入射光有多强，照射时间有多长，都不会产生光电流。 主题三：光电效应现象的解释； ①经典物理学解释： 问题一：如图所示，电子绕原子核做圆周运动，思考是什么力提供向心力？若电 子运动速度增大，电子将怎样运动？事实上在金属表面，有无数个原子，不同原 子中的电子绕原子核运动的轨道半径不同，逃离原子核束缚时需克服静电力做功 不同，我们把电子脱离金属表面所做功的最 值叫 。 问题二：经典物理学有哪些观点？与实验所得到的规律一致吗？ ②爱因斯坦光子说解释： 光子：光由一个个不可分割的能量子组成的，这个能量子后来称为光子，光在发射、吸收和传播时都是以光子形式一份一份进行的。 若光的频率为γ，则光子能量为E= 。 思考：①光子说如何解释极限频率？ 光电效应方程： ②光子说如何解释瞬时性？ ③光子说如何解释饱和电流？ Uc
光电效应与光的波粒二象性 说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ 卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟. 第Ⅰ卷（选择题共40分） 一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有 一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不 答的得0分. 1.下列关于光电效应的说法正确的是 （ ） A.若某材料的逸出功是W ，则它的极限频率h W v =0 B.光电子的初速度和照射光的频率成正比 C.光电子的最大初动能和照射光的频率成正比 D.光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大 解析：由光电效应方程k E =hv -W 知，B 、C 错误，D 正确.若k E =0，得极限频率0v =h W ,故A 正确. 答案AD 2.在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是 （ ） A.光的折射现象、偏振现象 B.光的反射现象、干涉现象 C.光的衍射现象、色散现象 D.光电效应现象、康普顿效应 解析：本题考查光的性质. 干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应现象和康普顿效应都是光的粒 子性的表现，D 正确. 答案D 3.关于光的波粒二象性的理解正确的是 （ ） A.大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性 B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子 C.高频光是粒子，低频光是波 D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著 解析：根据光的波粒二象性知，A 、D 正确，B 、C 错误. 答案AD 4.当具有 5.0 eV 能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初 动能是1.5 eV.为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为 （ ） A.1.5 eV B.3.5 eV C.5.0 eV D.6.5 eV 解析：本题考查光电效应方程及逸出功. 由W hv E k ?= 得W =hv -k E =5.0 eV-1.5 eV=3.5 eV 则入射光的最低能量为h min v =W =3.5 eV
常见的几种放电现象 一、接地放电 地球是良好的导体，由于它特别大，所以能够接受大量电荷而不明显地改变地球的电势，这就如同从海洋中抽水或向海洋中放水，并不能明显改变海平面的高度一样。如果用导线将带电导体与地球相连，电荷将从带电体流向地球，直到导体带电特别少，可以认为它不再带电。生产中和生活实际中往往要避免电荷的积累，这时接地是一项有效措施。 二、尖端放电 通常情况下空气是不导电的，但是如果电场特别强，空气分子中的正负电荷受到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电离。由于电离后的空气中有了可以自由移动的电荷，空气就可以导电了。空气电离后产生的负电荷就是电子，失去电子的原子带正电，叫做正离子。 由于同种电荷相互排斥，导体上的静电荷总是分布在表面上，而且一般说来分布是不均匀的，导体尖端的电荷特别密集，所以尖端附近空气中的电场特别强，使得空气中残存的少量离子加速运动。这些高速运动的离子撞击空气分子，使更多的分子电离。这时空气成为导体，于是产生了尖端放电现象。 三、火花放电 当高压带电体与导体靠得很近时，强大的电场会使它们之间的空气瞬间电离，电荷通过电离的空气形成电流。由于电流特别大，产生大量的热，使空气发声发光，产生电火花，这种放电现象叫火花放电。 火花放电在生活中常会遇到。干燥的冬天，身穿毛衣和化纤衣服，长时间走路之后，由于摩擦，身体上会积累静电荷，这时如果手指靠近金属物品，你会感到手上有针刺般的疼痛感，这就是火花放电引起的，如果事先拿一把钥匙，让钥匙的尖端靠近其他金属体，就会避免疼痛。在光线较暗的地方试一试，在钥匙尖
端靠近金属体的时候,，不但会听到响声，还会看到火花。在一些工厂或实验室里，存在大量易燃气体，工作人员要穿一种特制的鞋，这种鞋的导电性能很好，能够将电荷导入大地,避免电荷在人体上的积累，以免产生火花放电，引起火灾。
南昌大学物理实验报告 学生姓名：黄晨学号：专业班级：应用物理学111班班级编号：S008实验时间：13时 00 分第3周星期三座位号： 07 教师编号：T003成绩： 光电效应 一、实验目的 1、研究光电管的伏安特性及光电特性；验证光电效应第一定律； 2、了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解； 3、验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常量。 二、实验仪器 普朗克常量测定仪 三、实验原理 当一定频率的光照射到某些金属表面上时，有电子从金属表面逸出，这种现 象称为光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。实验示意图如下 图中A,K组成抽成真空的光电管，A为阳极，K为阴极。当一定频率v的光射到金属材料做成的阴极K上，就有光电 子逸出金属。若在A、K两端加上电压后光电子将由K定向的运动到A，在回 路中形成电流I。 当金属中的电子吸收一个频率为v的光子时，便会获得这个光子的全部能量， 如果这些能量大于电子摆脱金属表面的溢出功W，电子就会从金属中溢出。 按照能量守恒原理有
南昌大学物理实验报告 学生姓名：黄晨学号：专业班级：应用物理111 班级编号：S008实验时间：13 时00分第03周星期三座位号： 07 教师编号：T003成绩： 此式称为爱因斯坦方程，式中h为普朗克常数，v为入射光频。v存在截止频率，是的吸收的光子的能量恰好用于抵消电子逸出功而没有多余的动能，只有当入射光的频 率大于截止频率时，才能产生光电流。不同金属有不同逸出功，就有不同的截止频率。 1、光电效应的基本实验规律 （1）伏安特性曲线 当光强一定时，光电流随着极间电压的增大而增大，并趋于一个饱和值。 （2）遏制电压及普朗克常数的测量 当极间电压为零时，光电流并不等于零，这是因为电子从阴极溢出时还具有初动能，只有加上适当的反电压时，光电流才等于零。 南昌大学物理实验报告 学生姓名：黄晨学号：59 专业班级：应用物理学111班班级编号：S008实验时间：13时 00 分第3周星期三座位号： 07 教师编号：T003成绩： 四、实验步骤 1．调整仪器，接好电源，按下光源按钮，调节透镜位置，让光汇聚到单色 仪的入射光窗口，用单色仪出光处的挡光片2挡住光电管窗口，调节单色仪 的螺旋测微器，即可在挡光片上观察到不同颜色的光。 2、用单色仪入口光窗口处的挡光片1挡住单色仪的入口，移开挡光片2，将 单色仪与光电管部分的黑色的链接套筒连接起来形成暗盒，将测量的放大器 “倍率”旋钮置于（10^-5），对检流计进行调零。 3、按下测量按钮借给光电管接上电压，电压表会有读数，此式检流计会有 相应的电流读数，此时所读得得即为光电管的暗电流。 4、旋转电压调节的旋钮，仔细记录从不同电压下的相应的暗电流。让出射
一、光电效应和氢原子光谱 知识点一：光电效应现象 1.光电效应的实验规律 (1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应． (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，其随入射光频率的增大而增大． (3)大于极限频率的光照射金属时，光电流强度(反映单位时间发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比． (4)金属受到光照，光电子的发射一般不超过10－9 _s. 2．光子说 爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光 子具有的能量与光的频率成正比，即：ε＝hν，其中h ＝6.63×10－34 J·s. 3．光电效应方程 (1)表达式：hν＝E k ＋W 0或E k ＝hν－W 0. (2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来 克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k ＝12 mv 2 . 知识点二： α粒子散射实验与核式结构模型 1.卢瑟福的α粒子散射实验装置(如图13－2－1所示) 2．实验现象 绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被撞了回来．如图13－2－2所示． α粒子散射实验的分析图 3．原子的核式结构模型 在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转． 知识点三：氢原子光谱和玻尔理论 1.光谱 (1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． (2)光谱分类 有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱． 有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱． (3)氢原子光谱的实验规律． 巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R (122－1 n 2)(n ＝3,4,5，…)， R 是里德伯常量，R ＝1.10×107 m －1，n 为量子数．
光电效应 【实验目的】 （1）了解光电效应的规律，加深对光的量子性的认识。 （2）测量普朗克常量h。 【实验仪器】 ZKY-GD-4光电效应实验仪，其组成为：微电流放大器，光电管工作电源，光电管，滤色片，汞灯。如下图所示。 【实验原理】 光电效应的实验原理如图1所示。入射光照射到光电管阴极K上，产生的光电子在电场 的作用下向阳极A迁移构成光电流，改变外加电压，测量出光电流I的大小，即可得出光电管的伏安特性曲线。 光电效应的基本实验事实如下： （1）对应于某一频率,光电效应的I-关系如图2所示。从图中可见，对一定的频率， 有一电压U0,当≦时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压U0，被称为截止电压。 (2)当≧后，I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度P成
正比。 (3)对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图3所示。 (4)截止电压U0与频率的关系如图4所示，与成正比。当入射光频率低于某极限值 （随不同金属而异）时，不论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。 (5)光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为秒的数量级。 按照爱因斯坦的光量子理论，光能并不像电磁波理论所想象的那样，分布在波阵面上，而是集中在被称之为光子的微粒上，但这种微粒仍然保持着频率（或波长）的概念，频率为的光子具有能量E = h，h为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次被金属中的电子全部吸收，而无需积累能量的时间。电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，余下的就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程： （1） 式中，A为金属的逸出功，为光电子获得的初始动能。 由该式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低时也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电流才为零，此时有关系： （2） 阳极电位高于截止电压后，随着阳极电位的升高，阳极对阴极发射的电子的收集作用越强，光电流随之上升；当阳极电压高到一定程度，已把阴极发射的光电子几乎全收集到阳极，再增加时I不再变化，光电流出现饱和，饱和光电流的大小与入射光的强度P成正比。
17．2光的粒子性（第一课时） ——光电效应 【三维目标】 （一）知识与技能 1．通过实验了解光电效应的实验规律。 2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。 3．会用光电效应规律解决简单的问题。 （二）过程与方法 经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律，达到学以致用。 （三）情感、态度与价值观 回顾先辈探索物理知识的必由之路，领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。 【教学重点】光电效应的实验规律 【教学难点】爱因斯坦光电效应方程以及意义 【第一课时】 【教学过程】 第一课时光电效应 （一）引入新课 提问：1.抬头看教室内工作的日光灯，你为什么能看到日光灯 2.光到底是什么 回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程（多媒体投影，见课件。）教师讲述: 光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无 法解释的新现象——光电效应现象。对这一现象及其他相关 问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。 （二）进行新课 一．光电效应 教师：实验演示。（课件辅助讲述） 用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电器张角增大到约为30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。
学生：认真观察实验。 教师提问：上述实验说明了什么 学生：表明锌板在射线照射下带电。 教师：用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近锌板，金属箔片张角变大，说明了什么 学生：锌板带正电。 概念：1.光电效应：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。 2.光电子：发射出来的电子叫做光电子。 3.光电流：光电效应现象中形成的电流叫光电流。 课堂练习： 1.在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时( ) A.锌板带正电，指针带负电 B.锌板带正电，指针带正电 C.锌板带负电，指针带正电 D.锌板带负电，指针带负电 二．光电效应的实验规律 （1）光电效应实验 如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸 出----光电子。 光电子在电场作用下形成光电流。 （2）光电效应实验规律 1、存在饱和电流 （1）当A接正极，K接负极时，控制入射光的强度一定，使U AK从0开始增大，观察到电流表的示数一开始增大，到某一数值后就不再增大。这个最大电流就叫做饱和电流。 （2）对存在饱和电流的解释： K板逸出的电子向各个方向运动，如果不加电压，很多电子无法到达A板，无法形成较大电流。加上电压后，越来越多的电子到达A板，电流越来越大。但是，如果所有电子都达到了A板，继续增大电压，就无法再增大电流。
无线充电已经在电动牙刷、电动剃须刀、无绳电话等部分家电产品中实用化，现在其应用范围又扩大到了智能手机领域及电动汽车和列车领域。未来可以将无线充电装置安装在办公桌内部,只要将笔记本或PDA 等电器放在桌上就能够立即供 电。 以下是四种主要无线充电方式： 无线充电方式 充电 效率 使用频率范围 传输距离 电场耦合方式 电磁感应方式 92% 22KHz 数mm-数cm 磁共振方式 95% 13.56MHz 数cm-数m 无线电波方式 38% 2.45GHz 数m- 1.电磁感应方式
无线供电驱动一枚60W电灯泡，效率高达75%。 电磁感应无线充电产品示意图
电磁感应方式，送电线圈与受电线圈的中心必须完全吻合。稍有错位的话，传输效率就会急剧下降。下图靠移动送电线圈对准位置来提高效率。 目前，市场上支持无线充电的智能手机和充电器大部分都符合总部位于美国的业界团体“无线充电联盟（WPC）”所制定的“Qi”规格。Qi源自汉语“气功”中的“气”， 无线充电方式包括“磁共振”及“电波接收”等多种方式，Qi采用的是“电磁感应方式”。通过实现标准化，只要是带有Qi标志的产品，无论是哪家厂商的哪款机型均可充电。
在伦 敦利用其最新研发的感应式电能传输技术成功实现为电动汽车无线充电。在展示过程中，该公司将电能接收垫安装于雪铁龙电动汽车车身下侧，这样电池就可以通过无线充电系统进行无线充电。
电动牙刷无线充电示意图 一种无线充电器发送和接收原理图
2. 磁共振方式 磁共振方式的原理与声音的共振原理相同。排列好振动频率相同的音叉，一个发声的话，其他的也会共振发声。同样，排列在磁场中的相同振动频率的线圈，也可从一个向另一个供电。 相比电磁感应方式，利用共振可延长传输距离。磁共振方式不同于电磁感应方式，无需使线圈间的位置完全吻合。 应用： 三菱汽车展示供电距离为20cm，供电效率达90％以上。线圈之间最大允许错位为20cm。如果后轮靠在车挡上停车，基本能停在容许范围内。 索尼公司发布的一款样机：无电源线的电视机利用磁场共振实现无线供电的电视机。 还有将供电线圈埋入道路中，在红灯停车时和行驶中为电动汽车充电的构想，以及利用植入轨道中的线圈为行驶中的磁悬浮列车供电的设想。 磁共振方式由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量。
“光电效应”的规律及几个相关概念分析 重庆市潼南塘坝中学 张大洪 402678 从物理教材上的演示实验（图1示）可发现，当用波长较短的可见光或紫外光照射到某些金属表面上时,金属中的电子就会从光束中吸取能量并从金属表面逸出到空中去，我们将此现象称作“光电效应”现象。“光电效应”现象从事实上揭示了光的粒子本性，爱因斯坦在此基础上提出了“光子说”；但本节中将涉及到以下几组相关概念的理解与分析却成了学习的难点，为此本文将对几组相关概念作出细致的研析以期对广大学生的学习起到事半功倍的作用。 “光电效应”定义：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射出电子的现象叫做光电效应。金属板释放的电子称为光电子,光电子在电场作用下在回路中形成的电流称光电流。 “光电效应”的规律：①各种金属都存在极限频率()00γλ或极限波长，只有入射光的频率 ()00γγλλ≥≤或入射光波长 才能发生光电效应； ②瞬时性：光电效应的产生几乎是瞬时的（光电子的产生不超过9 10 s －）； ③光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入光的频率增大而增大； ④当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入光的强度成正比。 从上可以发现有以下几组相关概念： 1. “光子”与“光电子”：光子是指在空间传播的光束能量的最小单位，它是一份能量(即能量是不连续的)，光子不带电，是微观领域中一种只含有能量的粒子，且光子的运动质量为2 2h m c c φε ν= = 、动量为h h p m c c φνλ ===，光子的静止质量为0；而光电子是金属表面受到光照时发射出来的电子，因此其本质就是电子（带电19 1.610q C -=-?，静止质量 319.110m kg -=?）． 2．“光子的能量”与“入射光的强度”：光子的能量是一份一份的，频率为γ的光子的能量为hc h εγλ == ，故光子的能量只由其频率（或波长）大小决定；而入射光的强度P 将由 “光的能流密度I ——单位时间内通过单位面积的某一频率的光子数N ”决定，且I N h γ=?，那么入射光的强度P I s N h s γ=?=??（式中s 为被光束照射的金属表面的面积——即某一给定面积，且N s ?为单位时间内到达金属表面——“即单位时间内通过给定面积”的光子 数），故入射光的强度必由单位时间到达金属表面——“即单位时间内通过给定面积”的某一频率的光子数目决定；根据爱因斯坦光子理论当金属中一个自由电子从入射光中吸收一个光子后,就获得能量hc h εγλ == ,如果hc h εγλ == 大于电子从金属表面逸出时所需的逸 出功W ,这个电子就从金属中逸出。 3．“光电子的最大初动能”与“光电子的动能”：光照射到金属时，电子吸收一个光子的能量h ν后，就可能向各个方向运动，一部分消耗于克服核的引力及其它原子阻碍做功，剩 图1
佛山科学技术学院 实 验 报 告 课程名称 实验项目 专业班级 姓名 学 号 指导教师 成绩 日 期 年 月 日 一、实验目的 1．了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解； 2．测量光电管的伏安特性曲线； 3．学习验证爱因斯坦光电效应方程的实验方法，测量普朗克常数。 二、实验仪器 光电效应（普朗克常数）实验仪（详见本实验附录A ），数据记录仪。 三、实验原理 1．光电效应及其基本实验规律 当一定频率的光照射到某些金属表面时，会有电子从金属表面即刻逸出，这种现象称为光电效应。从金属表面逸出的电子叫光电子，由光子形成的电流叫光电流，使电子逸出某种金属表面所需的功称为该金属的逸出功。 研究光电效应的实验装置示意图如图1所示。GD 为光电管，它是一个抽成真空的玻璃管，管内有两个金属电极，K 为光电管阴极，A 为光电管阳极；G 为微电流计；V 为电压表；R 为滑线变阻器。单色光通过石英窗口照射到阴极上时，有光电子从阴极K 逸出，阴极释放出的光电子在电场的加速作用下向阳极A 迁移形成光电流，由微电流计G 可以检测光电流的大小。调节R 可使A 、K 之间获得连续变化的电压AK U ，改变AK U ，测量出光电流I 的大小，即可测出光电管的伏安特性曲线，如图2(a)、(b)所示。
图2 光电效应的基本实验规律 光电效应的基本实验规律如下： （1）对应于某一频率，光电效应的AK -I U 关系如图2(a)所示。从图中可见，对一定的频率，有一电压0U ，当AK 0U U ≤时，光电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压0U ，称为截止电压。 （2）当AK 0U U ≥后，I 迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流M I 的大小与入射光的强度P 成正比，如图2(b)所示。 （3）对于不同频率的光，其截止电压的值不同，如图2(a)所示。 （4）截止电压0U 与频率v 的关系如图2(c)所示。0U 与ν成正比。当入射光频率低于某极限值0v （随不同金属而异）时，无论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电流产生。 （5）光电效应是瞬时效应。即使入射光的强度非常微弱，只要频率大于0v ，在开始照射后立即有光电子产生，所经过的时间至多为910-秒的数量级。 2．爱因斯坦光电效应方程 上述光电效应的实验规律无法用电磁波的经典理论解释。为了解释光电效应现象，爱因斯坦根据普朗克的量子假设，提出了光子假说。他认为对于频率为ν的光波，每个光子的能量为E h ν=，h 为普朗克常数。当光子照射到金属表面上时，一次性为金属中的电子全部吸收，而无须积累能量的时间。电子把该能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，另一部分就变为电子离开金属表面后的动能，按照能量守恒原理，爱因斯坦提出了著名的光电效应方程 201 2 h m W νυ=+ （1） 式中，W 为被光线照射的金属材料的逸出功，2 012m υ为从金属逸出的光电子的最大初动能。 由式（1）可知，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能越大，所以即使阳极电位比阴极电位低（即加反向电压）时，也会有电子落入阳极形成光电流，直至阳极电位低于截止电压，光电