液晶光电效应(含思考题答案)

液晶光电效应实验研究液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。

一般的液体内部分子排列是无序的，而液晶既具有液体的流动性，其分子有按一定规律有序排列，使它呈现晶体的各向异性。

当光通过液晶时，会产生偏振面旋转，双折射等效应。

液晶分子是含有极性基团的极性分子，在电场作用下，偶极子会按电场方向取向，导致分子原有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之发生变化，这种因外电场引起的液晶光学性质的改变成为液晶光电效应。

1 . 实验原理⑴晶光开关工作原理在未加驱动电压的情况下，来自光源的自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出面的时，其偏振面旋转了90度，这是光的偏振面与P2的透光轴平行，因而有光通过。

在施加足够电压情况下，在静电场的作用下，除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外，其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。

于是原来的扭曲结构被破坏，成为了均匀结构，如图，从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达下电极。

这时光的偏振方向与P2正交，因而光被关断。

由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过，加上电场的时候光被关断，因此叫做常通型光开关，又叫做常白模式。

若P1和P2的透光轴相互平行，则构成常黑模式。

（2）液晶光开关的电光特性对于常白模式的液晶，其透过率随外加电压升高而降低，在一定电压下达到最低点，此后略有变化。

阈值电压：透过率900%时的驱动电压关断电压：透过率10%时的驱动电压（3）液晶光开关的时间响应特性加上或者去掉驱动电压能使液晶得开关状态发生变化，是因为液晶分子排序发生变化，这种重新排列需要一定时间。

上升时间：透过率由10%升到90%所需时间下降时间：透过率由90%降到10%所需时间液晶的响应时间越短，显示动态图像的效果越好，这是液晶显示器的重要指标。

（4）液晶光开关的视角特性液晶光开关的视角特性表示对比度与视角的关系。

对比度定义为光开关打开和关断时透射光强度之比，对比度大于5时，可以获得满意的图像，对比度小于2，图像就模糊不清了。

五、数据处理图1、光电曲线图由图表可知，最大投射光强值是316μW，则10%I=31.6μW, 所对应的外加电压值称为阈值电压：U th=1.01V90%I=284.4μW，应的外加电压值称为饱和电压：U r=2.06VD r=I max/I min=316/17.2=18.37β=U r/U th=2.06/1.01=2.04六、实验总结当电压在0—1.01V，由于电压小于阀值电压，所以透射光强无明显变化；当电压增加到1.01V时，液晶分子的长轴开始向电场方向倾斜，透射光强开始增强；1.01—2.06V，透射光强明显增强；当电压在2.06—4.90V时，透射光强持续增强，由于电压大于饱和电压，故增强程度逐渐减小；当电压在4.90—7.1V 时，透射光强基本没有变化。

本次实验的操作很简单，只要依照说明书，基本上很顺利的完成了实验。

七、思考题1、电光效应的原理是什么？答：电光效应，是将物质置于电场中时，物质的光学性质发生变化的现象。

某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性，物质的折射率因外加电场而发生变化的现象为电光效应.电光效应包括泡克耳斯(Pockels)效应和克尔(Kerr)效应。

电光效应是指某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性的效应。

2、电光效应有哪些方面的应用？答：利用电光效应可以制作电光调制器,电光开关,电光光偏转器等,可用于光闸,激光器的Q 开关和光波调制,并在高速摄影,光速测量,光通信和激光测距等激光技术中获得了重要应用。

当加在晶体上的电场方向与通光方向平行,称为纵向电光调制(也称为纵向运用)；当通光方向与所加电场方向相垂直,称为横向电光调制(也称为横向运用).利用电光效应可以实现对光波的振幅调制和位相调制。

1、光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象，在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电。

内光电效应是被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。

外光电效应是被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象。

电光效应是将物质置于电场中时物质的光学性质发生变化的现象。

某些各向同性的透明物质在电场作用下显示出光学各向异性物质的折射率因外加电场而发生变化的现象为电光效应。

电光效应包括泡克耳斯(Pockels)效应和克尔(Kerr)效应。

单光子光电效应：我们常说的光电效应为单光子光电效应，也就是每个电子同一时间只吸收一个光子。

多光子光电效应：当单位体积内同时相互作用的能量子的数目大到使得发射光的能量子可以从几个入射能量子中取得能量。

2、普朗克常量的意义：普朗克常数是现代物理学中最重要的常数之一,它成为区分宏观客体和微观客体的界限。

普朗克常数的发现,在物理学的发展史上具有划时代的意义,它第一次表明了辐射能量的不连续性,这是现代物理学中富有革命性的事件。

由于它的发现,物理学进入了一个全新的时代,这个理论物理学的新概念导致了量子理论的建立。

1905年爱因斯坦在解释光电效应时,将普朗克的辐射能量不连续的假设作了重大发展,提出光是由能量为hυ的光量子构成的粒子流。

爱因斯坦和德拜用量子概念计算了固体中振动能量随频率的分布,由此解释了固体比热在低温下趋于零的特征。

后来,科学家们证明了康普顿效应是一种量子效应,是普朗克常数h起重要作用的量子现象,在经典极限下,h趋于零,能谱由分立变连续,X射线被电子散射后波长不变,康普顿效应不存在。

光的波粒二象性,是对光的本质的深刻认识,正是表达式ε=hυ和p=h/λ把标志波动性质的υ和λ同标志微粒性的E和p,通过普朗克常数h定量地联系起来了。

在光的二象性的启发下,德布罗意提出了与光的二象性完全对称的设想,即实物粒子也具有波粒二象性的假设,粒子的能量与波的(角)频率、波矢量间满足德布罗意关系,1926年薛定谔建立了物质波的波动方程,算出了氢原子的量子化能量,与实验完全符合。

高中物理光电效应课后习题答案及解析练习与应用1．在光电效应实验中，如果入射光的波长确定而强度增加，将产生什么结果？如果入射光的频率增加，将产生什么结果？解析：如果入射光的波长确定而强度增加，则光电效应时，单位时间内逸出的光电子会增多（光的频率大于金属极限频率），若原入射光的频率小于金属极限频率，则强度增加时仍不会有光电子逸出。

如果入射光的频率增加，根据E km=hν-W0可知逸出光电子的最大初动能会增大。

2．金属A在一束绿光照射下恰能发生光电效应，现用紫光或红光照射时，能否发生光电效应？紫光照射A、B 两种金属都能发生光电效应时，为什么逸出金属表面的光电子的最大速度大小不同？解析：紫光光子频率大于绿光光子频率，紫光光子能量大于绿光光子能量，红光光子频率小于绿光光子频率，红光光子能量小于绿光光子能量。

因此，用紫光照射时能发生光电效应，用红光照射时不能发生光电效应。

由光电效应方程E k=hν-W0可知,A、B两种金属的截止频率不同，故用同种光照射时，逸出的光电子最大初动能不同，光电子的最大速度大小不同。

3．铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长为200 nm 的光照射铝的表面。

1/ 32 / 3（1）求光电子的最大初动能。

（2）求截止电压。

（3）求铝的截止频率。

解析：（1）根据爱因斯坦光电效应方程得：光电子的最大初动能为 Ek=hcλ−W 0=3.3×10-19J（3）当光电子逸出时的动能为零时，再减小照射光的频率便不1015Hz ．4．根据图4.2-1所示的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）频率已知的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。

解析：在此电路的光电管上施加反向电压，用已知频率为ν1的光照射阴极K ，调节电压大小，直到光电管刚好无电流通过，测出此时的遏止电压U 1，用另一已知频率为ν2的光照射，测出遏止电压U 2，根据光电效应方程得：E k1=h ν1-W 0=eU 1，E k2=h ν2-W 0=eU 2，联立两式解得：h==e(U 1−U 2)ν1−ν2。

4.6 液晶电光效应【实验简介】液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态，即具有液体的流动性，又具有晶体各向异性的特性。

当光通过液晶时，会产生像晶体那样的偏振面旋转及双折射等效应。

液晶分子是含有极性基团的棒状极性分子，在外电场作用下，偶极子会按电场方向取向，使分子原有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之发生改变，这种因外电场引起的液晶光学性质的改变称为液晶电光效应。

液晶电光效应的应用很广，利用液晶电光效应可以做成各种液晶显示器件、光导液晶光阀、光调制器、光路转换开关等，尤其是利用液晶电光效应制成的液晶显示器件，由于具有驱动压低(一般为几伏)，功耗小，体积小，寿命长，环保无辐射等优点，在当今各种显示器件的竞争中有独领风骚之势，因此，研究液晶电光效应具有很重要的意义。

常用的液晶显示器件类型有：TFT型（有源矩阵液晶显示）、STN型（超扭曲液晶显示）、TN型（扭曲向列相液晶显示），其中TN型液晶显示器件原理比较简单，是TFT型、STN型液晶显示的基础，因此本实验研究TN型液晶材料，希望通过一些基本现象的观察和研究，对液晶有一个基本了解。

【实验目的】1．了解液晶的结构特点和物理性质。

2．了解液晶电光效应、液晶光开关的工作原理及简单液晶显示器件的显示原理。

3．通过液晶电光特性和时间响应特性曲线的观测，测量液晶的一些性能参数。

【预习思考题】1．扭曲向列相液晶具有那些物理特性，如何利用其电光效应制成液晶光开关？如何利用液晶光开关进行数字、图形显示？2．如何在示波器上显示驱动信号波形和时间响应曲线，如何测量响应曲线的上升时间和下降时间？【实验仪器】液晶盒及液晶驱动电源、二维可调半导体激光器、偏振片（两个）、光功率计、光电二极管探头、双踪示波器、白屏、光学实验导轨及元件底座、钢板尺【实验原理】1．液晶分类大多数液晶材料都是由有机化合物构成的。

这些有机化合物分子多为细长的棒状结构，长度为数nm，粗细约为0.1nm量级，并按一定规律排列。

光电效应测定普朗克常量思考题和实验误差答案光电效应测定普朗克常量【预习思考题】1．一般来说，光电管的阳极和阴极的材料不同，它们的逸出功也不同，而且阴极的逸出功总是小于阳极的逸出功，因此它们之间的接触电势差在K-A空间形成的是一个反向阻挡电场，试定量说明接触电势差对光电管伏安曲线的影响？答：接触电势差使光电管伏安曲线向右平移。

2．什么是遏止电势差Uc？影响遏止电势差确定的主要因素有哪些？在实验中如何较精确地确定遏止电势差？答：在阴极光电效应中，当光电管两端加上反向电压时,阴极光电流迅速减小,但直到反电压达到某个Uc时阴极光电流才为零, Uc称为阴极光电流遏止电势差。

影响阴极光电流遏止电势差确定的主要因素有二：1.当光照射到阴极时，必然有部分光漫反射至阳极，至使阳极产生光电效应并发射光电子，这些光电子很易到达阳极而形成阳极光电流；2.当光电管无任何光照时，在外加电压作用下仍会有微弱电流流过，我们称之为光电管的暗电流。

在实验中较精确地确定阴极光电流遏止电势差的方法是：拐点法3．如何由光电效应测出普朗克常量h？答：由实验得到遏止电势差Uc和照射光的频率的直线关系，由直线斜率可求出h【分析讨论题】1．根据遏止电势差Uc与入射光频率的关系曲线，请大致确定阴极材料逸出功与阳极材料逸出功之间的差值？答：2．在用光电效应测定普朗克常量的实验中有哪些误差来源？在实验中是如何减小误差的？你有何建议？答：在用光电效应测定普朗克常量的实验中的误差来源主要来自单色光不够严格以及阴极光电流的遏止电势差的确定，而影响阴极光电流遏止电势差确定的主要因素有光电管的阳极光电流和光电流的暗电流。

在实验中主要通过分析阳极光电流和暗电流的特点(阳极光电流在反向区域几乎呈饱和状态,而暗电流很小,且电流随电压线性变化，它们均对阴极光电流在Uc显著拐弯的性质无影响)，在实验中通过对实际光电流测定,找到曲线拐点的方法来精确地求得Uc的。

单色光的获得尽可能用精度较高的单色仪获得,而不用滤色(片)的方法获得；此外应尽量减小反射到阳极的散射光，适当提高光电管的真空度以及二电极之间的距离，以减小暗电流的大小。

⼤学物理实验---液晶光电效应实验题⽬：液晶电光效应实验⽬的：1、在掌握液晶光开关的基本⼯作原理的基础上，测量液晶光开关的电光特性曲线；2、观察液晶光开关的时间响应曲线，并求出液晶的上升时间和下降时间；3、测量液晶显⽰器的视⾓特性；4、了解⼀般液晶显⽰器件的⼯作原理。

实验原理：TN型液晶光开关⼯作原理两张偏振⽚贴于玻璃的两⾯，上下电极的定向⽅向相互垂直，P1的透光轴与上电极的定向⽅向相同，P2的透光轴与下电极的定向⽅向相同，于是P1和P2的透光轴相互正交。

在未加驱动电压的情况下，来⾃光源的⾃然光经过偏振⽚P1后只剩下平⾏于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出⾯时，其偏振⾯旋转了90°。

这时光的偏振⾯与P2的透光轴平⾏，因⽽有光通过。

（见原理⽰意图）当施加⾜够电压时(⼀般为1～2伏)，在静电场的作⽤下，液晶分⼦趋于平⾏于电场⽅向排列。

原来的扭曲结构被破坏，从P1透射出来的偏振光的偏振⽅向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振⽅向到达下电极。

这时光的偏振⽅向与P2正交，因⽽光被关断。

由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过，加上电场的时候光被关断，因此叫做常⽩模式。

液晶光开关电光特性曲线液晶驱动电压和时间响应曲线实验步骤：1、校准透过率为100％，2、液晶电光特性的测量：静态模式下使电压从0v到6v记录相应的透射率。

绘制电光曲线图求出阈值电压与关断电压。

3、液晶时间特性曲线测定：静态闪烁状态，透过率为100％，电压为2v,由⽰波器观察到驱动电压波形及时间特性曲线，并求出上升时间与下降时间。

4、液晶视⾓特性的测量（1) ⽔平视⾓的测量电压在0v下，⾓度从-75度⾄+75度,读出每⼀⾓度下透射率的最⼤值。

电压在2v下，⾓度从-75度⾄+75度,读出每⼀⾓度下透射率的最⼩值。

计算对⽐度，绘制曲线图。

（2) 垂直视⾓的测量（同上）电压在0v下，⾓度从-75度⾄+75度,读出每⼀⾓度下透射率的最⼤值。

液晶光电效应实验报告液晶光电效应是指在外界电场作用下，液晶分子排列方向发生变化，从而改变液晶分子的各向异性，使得光透过液晶时的偏振状态发生变化的现象。

本实验旨在通过实验验证液晶光电效应，并对其进行深入的研究和分析。

实验一，液晶光电效应的基本原理。

首先，我们将液晶样品置于电场中，通过改变电场的强度和方向，观察液晶样品的光学性质变化。

实验结果显示，当电场作用下，液晶分子会发生排列方向的变化，从而导致光透过液晶时的偏振状态发生变化。

这一现象正是液晶光电效应的基本原理。

实验中，我们还对不同类型的液晶样品进行了测试，结果表明不同类型的液晶样品对电场的响应程度有所差异，这为进一步研究液晶光电效应提供了重要的参考。

实验二，液晶光电效应的应用。

在实验中，我们还探讨了液晶光电效应在光电器件中的应用。

通过改变电场的强度和方向，我们成功实现了对液晶样品的光学性质进行控制，这为液晶显示器、液晶光阀等光电器件的设计和制造提供了重要的理论基础。

同时，我们还对液晶光电效应在光学调制器件中的应用进行了研究，结果表明液晶光电效应在光学通信、光学信息处理等领域具有广泛的应用前景。

实验三，液晶光电效应的影响因素。

在实验过程中，我们还对液晶光电效应的影响因素进行了深入的分析。

实验结果显示，温度、电场强度、液晶样品的性质等因素都会对液晶光电效应产生影响。

特别是在液晶显示器等光电器件中，对液晶光电效应的影响因素进行深入研究，可以为光电器件的性能优化提供重要的理论指导。

结论。

通过本次实验，我们深入了解了液晶光电效应的基本原理、应用前景以及影响因素，并对液晶光电效应在光电器件中的应用进行了探讨。

实验结果表明，液晶光电效应具有重要的理论和应用价值，对于光电器件的设计和制造具有重要的指导意义。

相信随着对液晶光电效应研究的深入，液晶光电效应将在光电器件领域发挥越来越重要的作用。

光电效应习题（有答案）黑体辐射和能量子的理解、基础知识1能量子(1) 普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍.即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的.这个不可再分的最小能量值￡叫做能量子.⑵能量子的大小：尸h v其中V是电磁波的频率，h称为普朗克常量.h= 6.63X 10「34 J s：2、光子说：(1) 定义：爱因斯坦提出的大胆假设。

内容是：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子.光子的能量为尸hv,其中h是普朗克常量，其值为 6.63X 10一34 J s：二、练习1、下列可以被电场加速的是(BA .光子B .光电子2、关于光的本性，下列说法中不正确的是(A .光电效应反映光的粒子性B. 光子的能量由光的强度所决定C. 光子的能量与光的频率成正比)C. X射线 D .无线电波B )D. 光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子对光电效应实验的理解、基础知识(用光电管研究光电效应的规律)1常见电路(如图所示)2、两条线索(1) 通过频率分析：光子频率高T光子能量大T产生光电子的最大初动能大.(2) 通过光的强度分析：入射光强度大T光子数目多T产生的光电子多T光电流大.3、遏止电压与截止频率(1) 遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c.(2) 截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率).不同的金属对应着不同的极限频率.(3) 逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功.、练习1、如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P,发现电流表读数不为零.合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零.(1)求此时光电子的最大初动能的大小；⑵求该阴极材料的逸出功.答案(1)0.6 eV (2)1.9 eV解析设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为E km,阴极材料逸出功为W o当反向电压达到U0= 0.60 V以后，具有最大初动能的光电子达不到阳极，因此eU0 = 由光电效应方程知E km = hb W彳I- 吩—由以上—式得E km = 0.6 eV, W0= 1.9 eV.2、如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为?o的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则(说明：右侧为正极)A ?若换用波长为0(0> 0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流B .若换用波长为0( 0< 0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流C.增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大D ?若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生答案Bc解析用波长为0的光照射阴极K，电路中有光电流，说明入射光的频率=0大于金属的极限频率，换用波长为0的光照射阴极K，因为0> 0,根据v= ￡可知，波长为0的光的频率不一定大于金属的极限频率，因此不一定能发生光电效应现象，A错误；同理可以判断，B正确；光电流的大小与入射光的强度有关，在一定频率与强度的光照射下，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压U的增加而增大，当U增大到一定程度时，光电流达到饱和值，这时即使再增大U ,在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也就不会再增加，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，增大电源电压，若光电流达到饱和值，则光电流也不会增大，C错误；将电源极性反接，若光电子的最大初动能大于光电管两极间电场力做的功，电路中仍有光电流产生，D错误.3、(双选)如图所示,在研究光电效应的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时电流指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应(AC )表A.A光的频率大于B光的频率B.B光的频率大于A光的频率4、如图所示，当电键 K 断开时，用光子能量为 2.5 eV 的一束光照射阴极P ,发现电流表读数不为零。

液晶光电效应实验报告液晶光电效应是指在外加电场作用下，液晶分子发生取向改变，从而导致光学性质的变化。

本次实验旨在通过观察液晶光电效应的现象，探究其机理原理，并对实验结果进行分析和总结。

实验仪器与材料：1. 液晶样品。

2. 透明电极玻璃基板。

3. 电源。

4. 偏振片。

5. 光源。

实验步骤：1. 将液晶样品均匀涂布在透明电极玻璃基板上，形成液晶薄膜。

2. 将偏振片置于液晶样品的上方，使其与液晶薄膜垂直。

3. 将电源接通，施加外加电场。

4. 调节光源位置和强度，观察液晶样品的光学特性变化。

实验结果与分析：在实验过程中，我们观察到了明显的液晶光电效应。

当施加外加电场后，液晶样品的光学特性发生了明显的变化，透过偏振片观察液晶样品时，可以看到光强度的变化。

这表明外加电场导致了液晶分子的取向改变，从而影响了光的传播方向和强度。

液晶光电效应的机理原理是液晶分子在外加电场作用下发生取向改变，从而影响了光的透过性。

液晶分子是具有一定取向性的长形分子，当外加电场施加在液晶样品上时，液晶分子会受到电场力的作用而发生取向改变，从而影响了光的透过性。

通过本次实验，我们深入了解了液晶光电效应的现象和机理原理。

液晶光电效应在液晶显示器等光电器件中具有重要的应用价值，对于我们深入理解液晶材料的光学性质和应用具有重要意义。

总结：本次实验通过观察液晶样品在外加电场作用下的光学特性变化，探究了液晶光电效应的机理原理。

实验结果表明，外加电场导致液晶分子取向改变，从而影响了光的传播方向和强度。

液晶光电效应在光电器件中具有重要的应用价值，对于我们深入理解液晶材料的光学性质和应用具有重要意义。

通过本次实验，我们对液晶光电效应有了更深入的了解，也为今后的相关研究和应用奠定了基础。

希望通过不断的实验和研究，能够进一步拓展液晶光电效应的应用领域，为光电技术的发展做出更大的贡献。

光电效应面试题及答案一、单选题1. 光电效应是指光照射在金属表面上，金属会释放出电子的现象，这种现象被称为：A. 光电效应B. 光化学效应C. 光热效应D. 光磁效应答案：A2. 光电效应的发现者是：A. 牛顿B. 爱因斯坦C. 普朗克D. 麦克斯韦答案：B3. 光电效应的实验条件不包括：A. 金属表面B. 光的照射C. 真空环境D. 磁场答案：D4. 光电效应中，电子的释放与以下哪个因素无关？A. 光的强度B. 光的频率C. 金属的逸出功D. 光的波长答案：A5. 根据爱因斯坦的光电效应理论，电子释放的能量与以下哪个因素成正比？A. 光的强度B. 光的频率C. 金属的逸出功D. 电子的质量答案：B二、多选题6. 光电效应的实验现象包括：A. 金属表面释放电子B. 电子的动能增加C. 金属表面温度升高D. 电子的动能与光的频率成正比答案：A, B, D7. 影响光电效应的外界因素包括：A. 光的频率B. 光的强度C. 金属的逸出功D. 电子的初始动能答案：A, B, C8. 光电效应的应用领域包括：A. 太阳能电池B. 光电探测器C. 光通信D. 光化学合成答案：A, B, C三、判断题9. 光电效应中，电子的释放与光的强度无关，只与光的频率有关。

（）答案：正确10. 光电效应中，电子的动能与光的频率成正比，与光的强度无关。

（）答案：错误四、简答题11. 简述光电效应的基本原理。

答案：光电效应是指当光照射到金属表面时，如果光的频率高于金属的逸出功对应的频率，金属表面的电子就会获得足够的能量而逸出，形成光电流。

这一现象揭示了光具有粒子性。

12. 光电效应在现代科技中的应用有哪些？答案：光电效应在现代科技中有广泛应用，例如在太阳能电池中将光能转换为电能，在光电探测器中检测光信号，在光通信中传输信息等。

五、计算题13. 假设某金属的逸出功为4.7eV，若用频率为6.6×10^14 Hz的光照射该金属，计算电子的最大动能。

课程：专业班号：姓名：学号：同组者：液晶电光效应实验一、实验目的1、了解液晶的特性和基本工作原理；2、掌握一些特性的常用测试方法；3、了解液晶的应用和局限。

二、实验原理：液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。

一般的液体内部分子排列是无序的，而液晶既具有液体的流动性，其分子又按一定规律有序排列，使它呈现晶体的各向异性。

当光通过液晶时，会产生偏振面旋转，双折射等效应。

液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。

棍的长度在十几埃，直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。

列方式和天然胆甾(音同淄)相液晶的主要区别是：扭曲向列的扭曲角是人为可控的，且“螺距”与两个基片的间距和扭曲角有关。

而天然胆甾相液晶的螺距一般不足1um，不能人为控制。

扭曲向列排列的液晶对入射光会有一个重要的作用，他会使入射的线偏振光的偏振方向顺着分子的扭曲方向旋转，类似于物质的旋光效应。

在一般条件下旋转的角度(扭曲角)等于两基片之间的取向夹角。

由于液晶分子的结构特性,其极化率和电导率等都具有各向异性的特点，当大量液晶分子有规律的排列时,其总体的电学和光学特性,如介电常数、折射率也将呈现出各向异性的特点。

如果我们对液晶物质施加电场，就可能改变分子排列的规律。

从而使液晶材料的光学特性发生改变，1963年有人发现了这种现象。

这就是液晶的的电光效应。

为了对液晶施加电场，我们在两个玻璃基片的内侧镀了一层透明电极。

我们将这个由基片电极、取向膜、液晶和密封结构组成的结构叫做液晶盒。

当我们在液晶盒的两个电极之间加上一个适当的电压时我们来看一下液晶分子会发生什么变化。

根据液晶分子的结构特点。

我们假定液晶分子没有固定的电极。

但可被外电场极化形成一种感生电极矩。

这个感生电极矩也会有一个自己的方向，当这个方向以外电场的方向不同时，外电场就会使液晶分子发生转动，直到各种互相作用力达到平衡。

液晶分子在外电场作用下的变化，也将引起液晶合中液晶分子的总体排列规律发生变化。

液晶光电显示实验量测系统I、背景知识说明1•液晶简介液态晶体（简称液晶，LC）是一种介于固态结晶体和非晶形液态之间的物质。

其中丝状液晶（nematic LC）系由长条形有机分子所构成的，这些分子的平均排列方向（经表面配向处理后）具有规则性，同时亦可以透过施加电场驱使长条形液晶分子长轴的指向产生改变（当外加电场够大时，液晶分子长轴应顺着电场方向排列整齐）。

丝状液晶对光具有特殊的光学性质。

光线沿着分子长轴方向传播时，光波电场振动方向皆垂直于分子长轴，光速皆相同，称为寻常光，折射率n o称为「寻常折射率」，故分子长轴的方向称为光轴。

光线前进方向不与光轴平行时，光波的电场分量可能与光轴垂直或平行，其中电场分量与光轴垂直的光波，也是寻常光，折射率为n o,但是电场分量与光轴平行的光波，其光速不同于寻常光，称为异常光，折射率为n e，称为「非常折射率」。

非常折射率n e与寻常折射率n o之差以「5二n e-n o代表（称之为双折射量）。

在大部分的光电液晶组件中，均要求液晶分子的配向均匀或有预设的配向分布。

本实验之液晶片结构如（图一）。

圖一液晶片結構 使用擦镜纸沿单一方向磨擦上图所示之 PI 膜，可在PI 膜表面形成细微 的沟纹，它会令相邻的液晶长分子沿沟纹方向排列整齐，并进而透过分 子间的作用，使其它液晶分子随之规则排列，如此可获得均匀配向的丝 状液晶片。

2. 90度扭转之丝状液晶片（90 TN-LC ）90扭转之丝状液晶片示如（图二），右边PI 膜之LC 配向方向，相对于円配向膜ITO 導電玻隅菇板 ITO 舜世膜 配向左边LC 之配向扭转90度。

故液晶分子在液晶层中亦逐渐扭转 90度， 如（图二）所示。

若令起偏镜的偏振方向平行于 TN-LC 左边PI 膜的LC 配向，则入射后的偏振光穿经90 TN-LC 时，其偏振方向会随着液晶 分子的扭转配向而扭转，产生旋光现象使得透过 TN-LC 的光维持为线性偏振，但其偏振方向扭转 90度。

液晶光电效应实验报告液晶光电效应实验报告引言：液晶光电效应是指液晶材料在外界光场的作用下产生的光学现象。

液晶光电效应的研究不仅在理论上对液晶材料的性质有深入了解，而且在实际应用中也具有广泛的意义。

本实验旨在通过实验观察液晶光电效应，深入了解液晶材料的光学特性。

实验装置：本实验所需的装置包括：液晶样品、偏振片、光源、电源等。

实验步骤：1. 准备工作：首先，确保实验装置的安全可靠，检查电源和光源是否正常工作。

然后，用纸巾擦拭液晶样品的表面，确保其干净无尘。

2. 实验一：光透过液晶样品的实验。

将液晶样品放置在两片偏振片之间，其中一片偏振片的方向与另一片垂直。

然后，打开光源，使光线透过液晶样品。

观察光线透过液晶样品后的效果，并记录下观察结果。

3. 实验二：电场对液晶样品的影响实验。

在实验一的基础上，接通电源，给液晶样品施加电场。

观察液晶样品在电场作用下的光学变化，并记录下观察结果。

实验结果与分析：通过实验一观察到，当光线透过液晶样品时，由于液晶分子的排列结构，光线会发生偏振现象。

当两片偏振片的方向相同时，光线透过液晶样品后仍然保持原有的偏振方向。

而当两片偏振片的方向垂直时，光线透过液晶样品后会被液晶分子的排列结构所影响，使得光线发生偏振转换，只有一部分光线能够透过。

通过实验二观察到，在给液晶样品施加电场后，液晶分子的排列结构发生变化，导致光线透过液晶样品的偏振现象发生改变。

当电场作用方向与液晶分子排列方向平行时，光线透过液晶样品后的偏振方向与实验一中相同。

而当电场作用方向与液晶分子排列方向垂直时，光线透过液晶样品后的偏振方向发生了改变，与实验一中的结果相反。

这一现象可以通过液晶分子的电光效应来解释。

液晶分子在电场的作用下会发生形变，从而改变液晶分子的排列结构。

这种形变会导致光线在液晶样品中的传播速度发生变化，进而改变光线的偏振状态。

结论：通过本实验，我们观察到了液晶光电效应的现象，并深入了解了液晶材料的光学特性。

液晶光电效应问题讨论
液晶光电效应是指在外加电场的作用下，液晶分子会发生顺序排列，而这种排列会对光的传播和偏振方向产生影响。

液晶光电效应可
以分为电致畸变效应和电光效应两种。

电致畸变效应是指在电场作用下，液晶分子会发生畸变，使液晶
分子的长轴指向电场方向，而液晶分子间的平行排列会导致光通过液
晶时受到扭曲，产生一定的光学旋转角度，从而在外界加上电场的作
用下，液晶的光学性质发生了改变。

而电光效应是指在外加电场的作用下，液晶分子会发生定向排列，使得入射光线在液晶中传播时，受到的折射率发生变化。

因此，电光
效应可以被用来制造液晶电视和计算机监视器等设备。

在实际应用中，液晶光电效应也有一些局限性。

它不能通过吸收
各种波长的光的方式来改变其透过率或反射率。

此外，电场广泛存在
于空气中，因此当光透射到液晶中时，这个电场会在光通过之前开始
发生作用，这种影响会导致图像效果不完美。

总的来说，液晶光电效应在光电器件中应用广泛，拥有广阔的市场前景。

随着科技的发展，对液晶光电效应的研究仍在不断深入，这也为新型光学器件的发展带来了更多的可能。

液晶光电效应实验报告液晶光电效应实验报告一、引言液晶光电效应是指液晶在受到光照后能够产生电流的现象。

液晶作为一种特殊的材料，在光学和电学特性上表现出独特的性质。

本实验旨在通过探究液晶光电效应，了解液晶的光学性质和电学性质之间的关联，并借此探讨液晶屏幕的工作原理。

二、实验原理液晶光电效应是由液晶屏幕的构造特性所决定的。

液晶分子是呈棒状形态排列的，当它们处于较低的温度下时，分子间的排列会以某种确定的方式对齐。

而液晶屏幕中通过添加电场，在不同的电场作用下可以改变液晶分子的取向，进而控制通过液晶屏幕的光强度。

当液晶屏幕受到光照时，液晶分子的排列方式会发生变化，进而导致电流的变化。

本实验中将利用这种液晶光电效应来探究液晶分子排列和光电效应之间的关系。

三、实验过程1. 实验器材准备：实验所需器材包括液晶显示屏、白光源和电阻等。

2. 搭建实验电路：将白光源和电阻连接到液晶显示屏上。

3. 测量电流和光强：调整白光源的强度，分别测量不同光强下的电流大小。

4. 记录实验数据：根据测量结果绘制电流和光强之间的关系曲线。

四、实验结果与分析根据实验数据并利用绘图工具，我们得到了电流和光强之间的关系曲线。

在实验中，我们观察到光强越大，液晶屏幕产生的电流越大。

这说明了液晶分子排列的不同状态会对光电效应产生影响。

当液晶分子处于不同的取向状态时，光通过液晶屏幕的效果也会发生变化，从而导致电流的变化。

通过实验数据的测量和记录，我们掌握了液晶光电效应的基本规律。

五、实验总结通过本次实验，我们深入了解了液晶光电效应的原理和实验方法。

液晶光电效应作为液晶屏幕工作的基本原理之一，其研究对于提高液晶屏幕的性能具有重要的意义。

通过对液晶分子排列和光强度之间关系的研究，我们可以进一步探索液晶显示技术的应用领域和发展方向。

参考内容：1. Sato, H., & Kawamura, H. (1988). Influence of the direction of the incident light on the photocurrent in a nematic liquid crystal cell. Applied Physics Letters, 53(11), 981-983.2. Wu, S. T., & Chen, L. (2009). Third Edition, Introduction to Flat Panel Displays. John Wiley & Sons.3. Sasaki, M., et al. (2017). Photocurrent enhancement in dye-sensitized liquid-crystalline photovoltaic cells by doping chiral dopants. Synthetic Metals, 223, 71-77.4. Eccher, J., et al. (2014). Generalized nematic-isotropic phase transition in a system with competing symmetry-breaking interactions. Physical Review E, 90(4), 042507.5. Rashidnia, N., et al. (2018). Photo-generation of ac voltages invertical aligned nematic liquid crystals cells doped with azobenzene chromophore. Journal of Physics Communications, 2(3), 035019.。

光电效应1. 什么是光电效应答：（1）光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转转成电能。

这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（2）定义：定义1：物质由于吸收光子而产生电的现象。

定义2：物质在光的作用下发射电子或电导率改变，或者两种材料的界面上产生电势的现象。

（3）分类：A. 外光电效应：外光电效应是指物质受光照后而激发的电子逸出物质的表面，在外电场作用下形成真空中的光电子流。

这种效应多发生于金属和金属氧化物。

B. 内光电效应：内光电效应是指受光照而激发的电子在物质内部参与导电，电子并不逸出光敏物质表面。

这种效应多发生于半导体内。

内光电效应又可分为光电导效应、光生伏特效应、丹倍效应和光磁电效应等。

2.光电效应为什么可以测普朗克常数h ？答：爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为 υ的光波，每个光子的能量为υh E =式中， 为普朗克常数，它的公认值是 =6.626 。

按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。

爱因斯坦提出了著名的光电方程：W mv 21h 2+=υ （1）式中，υ为入射光的频率， 为电子的质量， 为光电子逸出金属表面的初速度，为被光线照射的金属材料的逸出功， 为从金属逸出的光电子的最大初动能。

由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。

这个相对于阴极为负值的阳极电位被称为光电效应的截止电压。

显然，有（2）代入（1）式，即有W eU h 0+=υ （3）由上式可知，若光电子能量 W <υh ，则不能产生光电子。

产生光电效应的最低频率是 hW =0υ，通常称为光电效应的截止频率。

光电效应1. 知识详解：知识点1 光电效应和波粒二象性1．光电效应的实验规律(1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，饱和光电流越大．(2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应．使光电流减小到零的反向电压叫遏止电压．(3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9s.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ε＝h ν，其中h ＝6.63×10－34J ·s.3．光电效应方程(1)表达式：h ν＝E k ＋W 0或E k ＝h ν－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h ν，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 ＝12mv 2.4．光的波粒二象性(1)波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性． (2)粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．5．物质波(1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波． (2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝h p，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量．易错判断(1)光子说中的光子，指的是光电子．(×)(2)只要光足够强，照射时间足够长，就一定能发生光电效应．(×) (3)极限频率越大的金属材料逸出功越大．(√)知识点2 α粒子散射实验与核式结构模型1．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．如图所示．α粒子散射实验的分析图2．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．易错判断(1)原子核集中了原子全部的正电荷和质量．(×) (2)原子中绝大部分是空的，原子核很小．(√)(3)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的．(√)知识点3 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：①线状谱光谱是一条条的亮线． ②连续谱光谱是连在一起的光带．(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 ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2(n ＝3,4,5，…)，R 是里德伯常量，R ＝1.10×107 m －1，n 为量子数． 2．玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即h ν＝E m －E n (h 是普朗克常量，h ＝6.63×10－34J ·s)． (3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．3．氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图能级图如图所示． (2)氢原子的能级公式E n ＝1n 2E 1(n ＝1,2,3，…)，其中E 1为基态能量，其数值为E 1＝－13.6_eV.(3)氢原子的半径公式r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，其中r 1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r 1＝0.53×10－10 m.易错判断(1)在玻尔模型中，原子的状态是不连续的．(√) (2)发射光谱可能是连续光谱，也可能是线状谱．(√)(3)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱．(×)2.题型分析：一、对光电效应的理解1．与光电效应有关的五组概念对比(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子．光子是因，光电子是果．(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能．(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量．(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系．2．两条对应关系：入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．例1．关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是( )A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫作光子B．康普顿效应说明光具有波动性C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关D．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应D[光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光量子的简称，A错误；根据光电效应方程hν＝W0＋eU c可知，对于同种金属而言(逸出功一样)，入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，C错误；在石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应，康普顿效应说明光具有粒子性，B错误，D正确．]例2．(多选)光电效应的实验结论是：对某种金属( )A．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．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．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大AD[每种金属都有它的极限频率ν0，只有入射光子的频率大于极限频率ν0时，才会发生光电效应，选项A正确，B错误；光电子的初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增加而增大，选项D正确，C错误．][反思总结] 两点提醒1能否发生光电效应取决于入射光的频率而不是入射光的强度.2光电子的最大初动能随入射光子频率的增大而增大，但二者不是正比关系.二、爱因斯坦的光电效应方程及应用1．三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0.(2)光电子的最大初动能E k可以利用光电管用实验的方法测得，即E k＝eU c，其中U c是遏止电压．(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc.2．四类图象图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量例3．(多选)(2017·全国Ⅲ卷)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U a和U b、光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h 为普朗克常量．下列说法正确的是( )A．若νa>νb，则一定有U a＜U bB．若νa>νb，则一定有E k a＞E k bC．若U a＜U b，则一定有E k a＜E k bD．若νa>νb，则一定有hνa－E k a＞hνb－E k b[题眼点拨]①“照射同种金属”，说明两种情况下的逸出功相同；②用E k＝hν－W0分析E k的大小，用qU＝E k分析遏止电压的大小．BC [光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU ＝E k ，根据光电效应方程可知E k ＝h ν－W 0，若νa ＞νb ，则E k a ＞E k b ，U a ＞U b ，选项A 错误，选项B 正确； 若U a ＜U b ，则E k a ＜E k b ，选项C 正确；由光电效应方程可得W 0＝h ν－E k ，则h νa －E k a ＝h νb －E k b ，选项D 错误．]例4．(多选)在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为λ、2λ的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为2∶1，普朗克常量用h 表示，光在真空中的速度用c 表示．则( )A ．光电子的最大初动能之比为2∶1B ．该金属的截止频率为c3λC ．该金属的截止频率为c λD ．用波长为52λ的单色光照射该金属时能发生光电效应BD [由于两种单色光照射下，逸出的光电子的最大速度之比为2∶1，由E k ＝12mv 2可知，光电子的最大初动能之比为4∶1，A 错误；又由h ν＝W ＋E k 知，h c λ＝W ＋12mv 21，h c2λ＝W ＋12mv 22，又v 1＝2v 2，解得W ＝h c 3λ，则该金属的截止频率为c3λ，B 正确，C 错误；光的波长小于或等于3λ时才能发生光电效应，D 正确．] [反思总结] 应用光电效应方程时的注意事项 1每种金属都有一个截止频率，入射光频率大于这个截止频率时才能发生光电效应. 2截止频率是发生光电效应的最小频率，对应着光的极限波长和金属的逸出功，即.3应用光电效应方程E k＝hν－W0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算 1 eV＝1.6×10－19 J.考向2 与光电效应有关的图象问题例5．(2018·南昌模拟)如图甲所示是研究光电效应的电路图．某同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流I与A、K两极之间的电压U AK的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图乙所示．则下列说法正确的是( )甲乙A．甲光照射光电管发出光电子的初动能一定小于丙光照射光电管发出光电子的初动能B．单位时间内甲光照射光电管发出光电子比乙光的少C．用强度相同的甲、丙光照射该光电管，则单位时间内逸出的光电子数相等D．对于不同种金属，若照射光频率不变，则逸出光电子的最大初动能与金属的逸出功为线性关系【自主思考】(1)在题图乙中，U c1和U c2的意义是什么？由此能否得出，甲、乙、丙三种光的频率关系？[提示]U c表示光电流为零时的反向电压，也就是遏止电压．此时eU c＝12mev2c，又因12mev2c＝hν－W.由以上两式得U c大的光的ν大，所以甲、乙、丙三种光的频率关系为ν丙>ν甲＝ν乙(2)光强相同的两种色光，如何比较单位时间内照射到单位面积上的光子数的多少？[提示]频率大的光子能量大，在光强相同时，单位时间内照射到单位面积上的光子数就少．D[当光照射到K极时，如果入射光的频率足够大(大于K极金属的极限频率)，就会从K极发出光电子．当反向电压增加到某一值时，电流表A中电流就会变为零，此时12mev2c＝eU c，式中v c表示光电子的最大初速度，e为电子的电荷量，U c为遏止电压，根据爱因斯坦光电效应方程可知丙光的最大初动能较大，故丙光的频率较大，但丙光照射光电管发出光电子的初动能不一定比甲光照射光电管发出光电子的初动能大，所以A错误．对于甲、乙两束频率相同的光来说，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，所以B错误．对甲、丙两束不同频率的光来说，光强相同是单位时间内照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等，由于丙光的光子频率较高，每个光子的能量较大，所以单位时间内照射到光电管单位面积上的光子数就较少，所以单位时间内发出的光电子数就较少，因此C错误．对于不同金属，若照射光频率不变，根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W，知E k与金属的逸出功为线性关系，D正确．]例6. 研究光电效应规律的实验装置如图所示，用频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生．由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动．光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出．当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压U c，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是( )B[由光电效应规律可知，光电流的强度与光强成正比，光射到金属上时，光电子的发射是瞬时的，不需要时间积累，故A、D图象正确；从金属中发出的光电子，在反向电压作用下做减速运动，随着反向电压的增大，到达阳极的光电子数减少，故C图象正确；由光电效应方程可知：hν＝hν0＋E km，而eU c＝E km，所以有hν＝hν0＋eU c，由此可知，B图象错误．][反思总结] 光电效应问题中的五个决定关系1逸出功W0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能.2入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数.3爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0.4最大初动能与遏止电压的关系：E k＝eU c.5逸出功与极限频率、极限波长的关系：W0＝hνc＝h.例7. (2017·抚州模拟)人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律．请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34 eV，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s，求该紫外线的波长λ.(电子质量M e＝9.11×10－31 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s,1 eV＝1.60×10－19 J)[解析]爱因斯坦提出的光子说很好地解释了光电效应现象．由爱因斯坦光电效应方程：E k ＝h ν－W 0 ①光速、波长、频率之间关系：c ＝λν② 联立①②得紫外线的波长为λ＝hc W 0＋12mv 2m＝ 6.63×10－34×3×1083.34×1.6×10－19＋12×9.11×10－31×1012m≈2.009×10－7 m.[答案] 爱因斯坦的光子说很好地解释了光电效应 2．009×10－7 m例8. (多选)(2017·武威模拟)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象．由图象可知( )A ．该金属的逸出功等于EB ．该金属的逸出功等于h ν0C ．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED ．入射光的频率为ν02时，产生的光电子的最大初动能为E2ABC [由爱因斯坦的光电效应方程：E k ＝h ν－W 0，对应图线可得，该金属的逸出功W 0＝E ＝h ν0，A 、B 均正确；若入射光的频率为2ν0，则产生的光电子的最大初动能E k ＝2h ν0－W 0＝h ν0＝E ，故C 正确；入射光的频率为ν02时，该金属不发生光电效应，D 错误．]例9. 某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV ，用波长为2.5×10－7 m 的紫外线照射阴极．已知真空中光速为3.0×108 m/s ，元电荷为1.6×10－19 C ，普朗克常量为 6.63×10－34J ·s ，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是( )A ．5.3×1014 Hz,2.2 JB ．5.3×1014 Hz,4.4×10－19 JC ．3.3×1033 Hz,2.2 JD ．3.3×1033 Hz,4.4×10－19 J B [由W ＝h ν0得极限频率ν0＝W 0h ＝2.21×1.6×10－196.63×10－34Hz ＝5.3×1014Hz 由光电效应方程h ν＝W 0＋E km 得E km ＝h ν－W 0＝h cλ－W 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫6.63×10－34×3.0×1082.5×10－7－2.21×1.6×10－19 J ＝4.4×10－19 J]三、对波粒二象性的理解1．对光的波动性和粒子性的进一步理解2.(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性．(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强．(3)光子说并未否定波动说，E＝hν＝hcλ中，ν和λ就是波的概念．(4)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的．例10．(2018·济南模拟)关于波粒二象性，下列说法中正确的是( )甲乙丙丁A．图甲中紫光照射到锌板上可以发生光电效应，则其他可见光照射到锌板上也一定可以发生光电效应B ．图乙中入射光的强度越大，则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大C ．图丙说明光子既有粒子性也有波动性D ．戴维孙和汤姆孙利用图丁证明了电子具有波动性D [在可见光中，紫光的频率最大，故紫光光子的能量最大，紫光照射到锌板上可以发生光电效应，但其他可见光照射到锌板上不一定发生光电效应，A 错误；入射光的强度只能改变单位时间内逸出光电子的数量，但不能增大逸出光电子的最大初动能，B 错误；光的散射揭示了光的粒子性，没有揭示光的波动性，C 错误；衍射是波特有的现象，故电子束衍射实验证明了电子具有波动性，D 正确．]例11．(2017·北京高考)2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm ＝10－9m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲，“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎．据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h ＝6.6×10－34 J ·s ，真空光速c ＝3×108 m/s)( ) A ．10－21 J B ．10－18 J C ．10－15 JD ．10－12 JB [一个处于极紫外波段的光子所具有的能量E ＝h ν＝h c λ＝6.6×10－34×3×10810－7 J ≈10－18 J ，选项B 正确．]四、氢原子能级和能级跃迁1．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子． 光子的频率ν＝ΔE h ＝E 高－E 低h.(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE.②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE.③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．2．电离电离态与电离能电离态：n＝∞，E＝0基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV电离能．n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4 eV如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能．3．谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)．(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法．①用数学中的组合知识求解：.②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加．例12．(多选)氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从n为3、4、5、6的能级直接向n＝2能级跃迁时产生的．四条谱线中，一条红色、一条蓝色、两条紫色，则下列说法正确的是( )A．红色光谱是氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时产生的B．蓝色光谱是氢原子从n＝6能级或n＝5能级直接向n＝2能级跃迁时产生的C．若氢原子从n＝6能级直接向n＝1能级跃迁，则能够产生红外线D．若氢原子从n＝6能级直接向n＝3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级直接向n＝2能级跃迁时辐射的光子将可能使该金属发生光电效应AD[从n为3、4、5、6的能级直接向n＝2能级跃迁时，从n＝3跃迁到n＝2能级辐射的光子频率最小，波长最大，可知为红色光谱，A正确；蓝光光子频率大于红光光子频率，小于紫光光子频率，可知是从n＝4跃迁到n＝2能级辐射的光子，B错误；氢原子从n＝6能级直接向n＝1能级跃迁，辐射的光子频率大于从n＝6跃迁到n＝2能级时辐射的紫光光子频率，即产生紫外线，C错误；从n＝6跃迁到n＝2能级辐射的光子频率大于从n＝6跃迁到n＝3能级辐射的光子频率，由氢原子从n＝6能级直接向n＝3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，但从n＝6跃迁到n＝2能级跃迁时辐射的光子可能使该金属发生光电效应，D正确．]例13. (2018·海口模拟)如图所示为氢原子能级图，氢原子中的电子从n＝4能级跃迁到n＝1能级可产生a光；从n＝3能级跃迁到n＝1能级可产生b光，a光和b光的波长分别为λa 和λb，a、b两光照射逸出功为4.5 eV的金属钨表面均可产生光电效应，遏止电压分别为U和U b，则( )aA．λa>λbB．U a<U bC．a光的光子能量为12.55 eVD．b光照射金属钨产生的光电子的最大初动能E k b＝7.59 eVD[氢原子中的电子从n＝4能级跃迁到n＝1能级产生a光，a光的光子能量hνa＝E a ＝E4－E1＝12.75 eV，氢原子中的电子从n＝3能级跃迁到n＝1能级产生b光，b光的光子能量hνb＝E b＝E3－E1＝12.09 eV，a光的光子能量高，则a光的频率大，波长小，即λa<λb，A、C项错误；由光电效应方程E k＝hν－W0和E k＝eU c可知，频率越大，对应遏止电压U c越大，即U a>U b，B项错误；E k b＝hνb－W0＝7.59 eV，D项正确．][反思总结] 1一个区别一个氢原子和一群氢原子能级跃迁的可能性.2两点提醒①原子能级之间跃迁时吸收或放出的光子能量一定等于两能级之间的差值.②要使氢原子发生电离，原子吸收的能量可以是大于原子该能级值的任意值.例14：氢原子跃迁时，由n＝3的激发态跃迁到基态所释放的光子可以使某金属刚好发生光电效应，则下列说法正确的是( )A．氢原子由n＝3的激发态跃迁到基态时，电子的动能减少B．氢原子由n＝3的激发态跃迁到基态时，原子的能量增加C．增加由n＝3的激发态跃迁到基态的氢原子的数量，从该金属表面逸出的光电子的最大初动能不变D．氢原子由n＝2的激发态跃迁到基态所释放的光子照射该金属足够长时间，该金属也会发生光电效应C[氢原子由激发态跃迁到基态时，释放光子，原子的能量减少，电子的动能增加，A、B错；增加跃迁氢原子的数量，不能改变释放出的光子的频率，从该金属表面逸出的光电子的最大初动能不变，C对；从n＝2的激发态跃迁到基态的氢原子，其释放的光子的频率较小，不能使该金属发生光电效应，D错．]3.小练：考查点：光的波粒二象性1．(多选)下列说法中正确的是( )A．光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说B．在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方C．光的双缝干涉实验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗纹处落下光子的概率小D．单个光子具有粒子性，大量光子具有波动性[答案]CD考查点：光电效应规律2．(多选)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[答案]AD考查点：玻尔理论3．氢原子由n＝1的状态激发到n＝4的状态，在它回到n＝1的状态的过程中，有以下说法：①可能激发的能量不同的光子只有3种②可能发出6种不同频率的光子③可能发出的光子的最大能量为12.75 eV④可能发出光子的最小能量为0.85 eV其中正确的说法是( )A．①③B．②④C．①④D．②③[答案]D考查点：α粒子散射实验4．(多选)在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子以不同的角度散射出来，则散射角度大的这个α粒子( )A．更接近原子核B．更远离原子核C．受到一个以上的原子核作用D．受到原子核较大的冲量作用[答案]AD4.巩固提升：光子说光电效应现象1．2016年8月16日01时40分，由我国研制的世界首颗量子科学试验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功发射升空．它的成功发射和在轨运行，不仅将有助于我国广域量子通信网络的构建，服务于国家信息安全，它将开展对量子力学基本问题的空间尺度试验检验，加深人类对量子力学自身的理解，关于量子和量子化，下列说法错误的是( )A．玻尔在研究原子结构中引进了量子化的概念B．普朗克把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念C．光子的概念是爱因斯坦提出的D．光电效应实验中的光电子，也就是光子D[由玻尔理论可知，在研究原子结构时，引进了量子化的概念，故A正确；普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，提出量子化理论，故B正确；为解释光电效应现象，爱因斯坦提出了光子说，引入了光子的概念，故C正确；光电子就是在光电效应中产生的电子，本质是金属板的电子，故D错误．]2．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是( )A．改用频率更小的紫外线照射B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间选B 某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关。

1.什么是光电效应？光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。

这类光变致电的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）。

光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应，又称光生伏特效应。

前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。

后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。

只要光的频率超过某一极限频率，受光照射的金属表面立即就会逸出光电子，发生光电效应。

当在金属外面加一个闭合电路，加上正向电源，这些逸出的光电子全部到达阳极便形成所谓的光电流。

在入射光一定时，增大光电管两极的正向电压，提高光电子的动能，光电流会随之增大。

但光电流不会无限增大，要受到光电子数量的约束，有一个最大值，这个值叫饱和电流。

所以，当入射光强度增大时，根据光子假设，入射光的强度（即单位时间内通过单位垂直面积的光能）决定于单位时间里通过单位垂直面积的光子数，单位时间里通过金属表面的光子数也就增多，于是，光子与金属中的电子碰撞次数也增多，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也增多，电流也随之增大。

2.普朗克常量h的重要性普朗克常数是一个物理常数，用以描述量子大小。

在原子物理学与量子力学中占有重要的角色，马克斯·普朗克在1900年研究物体热辐射的规律时发现，只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，计算的结果才能和试验结果是相符。

这样的一份能量叫能量子，每一份能量子等普朗克常数乘以辐射电磁波的频率。

就普朗克常数h的意义，物理学家金斯曾说过这样一段话：“虽然h的数值很小，但是我们应当承认它是关系到保证宇宙的存在的．如果说h严格地等于零，那么宇宙间的物质能量将在十亿万之一秒的时间内全部变为辐射．”普朗克常数引入后，以普朗克常数为根本特征的量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法，物理学理论发生了巨大变革，使人类认识由低速宏观领域扩展到高速微观领域．h的提出引出了一系列解释性假说，促进了量子论的建立与推广，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础，并且这些科研成果在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用．可以说，h的出现具有划时代的重大意义．3.光电效应的历史：光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性作用。