实验讲义-光电效应-2013.9

光电效应一、实验目的1.通过光电管I-U特性曲线的测定，熟悉光电效应的规律。

2.了解光的量子性，测定金属红线的频率。

3.验证爱因斯坦光电效应方程，计算普朗克常量。

二、实验原理1、光电效应的实验规律1887年赫兹发现，当一束光照射在金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这一现象称为光电效应，释放出的电子称为光电子。

研究光电效应的实验装置如图1所示，光电管中K为涂有感光金属层的阴极，A为阳极。

图1三、实验发现I与入射光强P成正比（见图2）。

（1）当入射光频率保持不变时，饱和光电流s10 秒），一经照射立即有光电子产生。

（2）引起光电效应的时间极短（不超过9（3）光电子的初动能随入射光频率的增大而增大，与光强无关（见图3）。

（4）存在一个阈频率0V ，称为金属的红限，当入射光频率低于0V 时，无论入射光有多强，都没有电子逸出（见图4）。

图42、爱因斯坦的光子论及对光电效应的解释爱因斯坦认为光是一粒一粒以光速运动的粒子流，这些粒子称为光子或光量子，其能量为h νε=，光的强弱决定于光子的多少，因而光电流正比于入射光的强度，当金属中的电子吸收光子的能量νh 克服金属表面的逸出功A 逸出表面时，光电子的最大初动能为2/2mV ，三者关系为：A mV h +=221ν此式称为爱因斯坦光电效应方程，式中022/eU mV =，0U 为反向截止电压，令0νh A =，上式可变为：)ν-ν(00eh U = 这表明截止电压随入射光频率作线形变化，如图4所示，该直线在ν轴上的截距为金属的红限0ν，入射光的频率只有高于0ν才有光电子产生。

直线在0U 轴上的截距为0Φ-，0Φe A =，0Φ为阴极逸出电压，直线的频率为e h /，据此可求出普朗克常量的数值。

三、试验仪器用具本实验采用GD--1型光电效应测试仪，其结构原理如图5所示主要部件及技术条件简要介绍如下：1.光电管及暗盒：光电管开有石英侧窗式光窗口，光谱范围为190.0~700.0nm ，最大工作电压为100v 。

《光电效应的理论解释》讲义在物理学的众多奇妙现象中，光电效应无疑是一颗璀璨的明珠。

它不仅揭示了光的粒子性，还为现代物理学的发展奠定了重要基础。

那么，什么是光电效应？简单来说，光电效应就是当光照射到金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量而逸出金属表面的现象。

要深入理解光电效应，我们得先了解几个关键概念。

首先是光子，光具有波粒二象性，光子就是光的粒子性体现，它具有一定的能量和动量。

其次是逸出功，这是指电子从金属表面逸出时克服原子核引力所做的功。

光电效应有着一些独特的实验规律。

比如，存在一个截止频率，只有当入射光的频率高于这个截止频率时，才会产生光电效应。

而且，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，而与入射光的强度无关。

另外，在一定频率的光照射下，光电流的强度与入射光的强度成正比。

那么，如何从理论上解释这些实验规律呢？经典物理学在这个问题上遭遇了困境。

按照经典电磁理论，光的能量是连续分布的，电子吸收能量需要一定的时间积累，而且光的强度越大，电子获得的能量应该越多，从而初动能也应该越大。

但光电效应的实验结果却并非如此。

这时，爱因斯坦站了出来，他提出了光量子假说。

他认为，光是由一个个不连续的光子组成的，每个光子的能量只与光的频率有关，即E ＝hν，其中 E 是光子的能量，h 是普朗克常量，ν 是光的频率。

当光子照射到金属表面时，如果光子的能量大于逸出功，电子就能立即吸收光子的能量并逸出金属表面，无需时间积累。

这就很好地解释了为什么存在截止频率，因为当光子频率低于截止频率时，其能量不足以使电子逸出。

同时，由于光电子的最大初动能只与光子的频率有关，而与光的强度无关。

光的强度只是决定了单位时间内入射的光子数，从而决定了光电流的强度。

我们再进一步思考，光电效应的理论解释有着极其重要的意义。

它推动了量子力学的发展，让人们对微观世界的认识发生了深刻的变革。

在实际应用方面，光电效应也有着广泛的用途。

比如，光电倍增管就是利用光电效应将光信号转化为电信号的一种器件，在天文学、核物理学等领域有着重要的应用。

光电效应的研究【实验目的】1. 研究光电流与极间电压的关系。

2. 研究光电流与光通量之间的关系。

3. 掌握光电管的一些主要特性，学会正确使用光电管。

【实验仪器】光电效应实验仪。

仪器包括以下部分：-12V～24V稳压电源，光源用可调电源0～15V，数字电压表（-12V～24V），数字电流表（实验时为180～600mA），光电管电压调节电位器，光源（小灯泡）电流调节电位器，分档的高灵敏度电流计（0～20µA， 0～200µA）。

暗箱，内包括光电管，小灯泡及光源距离调节刻度尺。

【预习要求】1. 参考数据记录表，拟定测量步骤。

2. 初步了解光电管的主要特性以及实验装置的结构特点。

【研究内容与方法】1. 测伏安特性：(1) 打开仪器电源开关，将微电流量程转换开关旋到“200µA”（如实验数据较小可选择“20µA”量程），检查确认仪器工作正常（电流调节应调至最小值）。

根据原理图3，接好线路（即仪器微电流输入连接线“Q9端”连接到仪器主机，微电流输入连接线“＋”“－”分别接暗箱光电流输出“＋”“－”；仪器光源电源“＋”“－”分别接暗箱光源电源“＋”“－”）；调节输出电流调节电位器使小灯电流为规定值I L，建议参考值为250mA，在实验过程中小灯泡电流要始终保持I L不变；顺时针调节电压调节电位器，电压表显示值为正，此时在光电管上加正电压，逆时针调节电压调节电位器，电压表显示值为负，此时在光电管上加负电压。

(2) 使光源与光电管阴极的距离保持一定，调节“光电管电压调节”电位器，使光电管电压由零开始逐渐升高，同时测出若干个电压下的光电流IΦ。

(3) 调节（逆时针）“光电管电压调节电位器”，在光电管两端加上反向电压（即负电压），调节光电管电压由零开始逐渐减小（即负的增加），测出若干个电压下的光电流IΦ。

(4) 光电流IΦ为0时的电压即为反向截止电压Va。

(5) 改变光源与光电管阴极的距离，重复（1）-（4）步骤，绘制两条伏安特性曲线。

高中物理竞赛讲义-光电效应光电效应普朗克提出了能量子概念以后，许多物理学家都想从经典物理学中求得解释，但始终无法成功．为了尽量缩小与经典物理学之间的差距，普朗克把能量子的概念局限于振子辐射能量的过程，而认为辐射场本身仍然是连续的电磁波．直到1905年爱因斯坦在光电效应的研究中，才突破了普朗克的认识，看到了电磁波能量普遍都以能量子的形式存在．从光和微观粒子相互作用的角度来看，各种频率的电磁波都是能量为的光粒子(称作光子)体系，这就是说，光不仅有波的性质而且有粒子的性质．1.光电效应及其实验规律在1886年~1887年，赫兹在证实电磁波的存在和光的麦克斯韦电磁理论的实验过程中，已经注意到：当两个电极之一受到紫外光照射时，两电极之间的放电现象就比较容易发生．然而当时赫兹对这个现象并没有继续研究下去．直到电子发现后，人们才知道这是由于紫外光的照射，使大量电子从金属表面逸出的缘故．这种电子在光的作用下从金属表面发射出来的现象，称为光电效应，逸出来的电子称为光电子．研究光电效应的实验装置如图所示，阴极K 和阳极A 封闭在真空管内，在两板之间加一可变电压，用以加速或阻挡释放出来的电子．光通过石英小窗W 照到电极K 上，在光的作用下，电子从电极K 逸出，并受电场加速而形成电流，这种电流称为光电流．实验结果发现光和光电流之间有一定的关系．首先在入射光的强度与频率不变的情况下，电流—电压的实验曲线如图8—9所示．曲线表明，当加速电压V 增加到一定值时，光电流达到饱和值，这是因为单位时间内从阴极K 射出的光电子全部到达阳极A ．若单位时间内从电极K 上击出的光电子数目为n ，则饱和电流I ＝ne ．另一方面，当电位差V 减小到零，并逐渐变负时，光电流并不降为零，就表明从电极K 逸出的光电子具有初动能．所以尽管有电场阻碍它运动，仍有部分光电子到达电极K ．但是当反向电位差等于—Ve 时，就能阻止所有的光电子飞向电极A ，光电流降为零，这个电压叫遏止电压．它使具有最大初速度的电子也不能到达电极A ．如果不考虑在测量遏止电压时回路中的接触电势差，那么我们就能根据遏止电压 gV 来确定电子的最大速度和最大动能，即在用相同频率不同强度的光去照射电极时，得到的电流—电压曲线如图所示．它表示出对于不同强度的光，Vg 是相同的，这说明同一种频率不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的．此外，用不同频率的光去照射电极K 时，实验结果是频率愈高，Vg 愈大．并且与Vg 成直线关系，频率低于的光，不论强度多大，都不能产生光电子，因此不同的材料，阈频率不同．总结所有的实验结果，光电效应的规律可归纳为如下几点：1．饱和电流I 的大小与入射光的强度成正比，也就是单位时间内被击出的光电子数目与入射光的强度成正比．(光电效应第一定律)2．光电子的最大初动能(或遏止电压)与入射光的强度无关，而只与入射光的频率有关．频率越大，光电子的能量就越大．(光电效应第二定律)3．入射光的频率低于遏止频率(极限频率,红限频率)的光，不论光的强度如何，照射时间多长，都没光电子发射．(光电效应第三定律)4．光的照射和光电子的释放几乎是同时的，在测量的精度范围内10-9s 观察不出这两者间存在滞后现象．2.光电效应和波动理论的矛盾光能使金属中的电子释放，从经典理论来看，是不难理解的．我们知道金属里面有大量的自由电子，这些电子通常受到正电荷的引力作用，而被束缚在金属表面以内，它们没有足够的能量逸出金属表面．但因光是电磁波，在它的照射下，光波中的电场作用于电子，迫使电子振动，给电子以能量，使电子有足够的能力挣脱金属的束缚而释放出去．因此按照光的电磁理论可以预测：(1)光愈强，电子接受的能量愈多，释放出去的电子的动能也愈大．(2)释放电子主要决定于光强，应当与频率等没有关系．但是，实验测量的结果却并不如此.(3)关于光照的时间问题，波动观点更是陷于困境．从波动观点来看，光能量是均匀分布，在它传播的空间内，由于电子截面很小，积累足够能量而释放出来必须要经过较长的时间，合实验事实完全完全不符.3.爱因斯坦光电效应方程为了解释光电效应的所有实验结果，1905年爱因斯坦推广了普朗克关于能量子的概念．前面已经指出普朗克在处理黑体辐射问题时，只是把器壁的振子能量量子化，腔壁内部的辐射场仍然看作是电磁波．然而爱因斯坦在光电效应的研究中指出：光在传播过程中具有波动的特性，而在光和物质相互作用的过程中，光能量是集中在一些叫做光量子(简称光子)的粒子上．从光子的观点来看，产生光电效应的光是光子流，单个光子的能量与频率成正比即：h εν=式中h 是普朗克常数．把光子的概念应用于光电效应时，爱因斯坦还认为一个光子的能量是传递给金属中的单个电子的．电子吸收一个光子后，把能量的一部分用来挣脱金属对它的束缚，余下的一部分就变成电子离开金属表面后的动能，按能量守恒和转换定律应有：212h mv W ν=+ 上式称为爱因斯坦光电效应方程．其中212mv 为光电子的动能，W 为光电子逸出金属表面所需的最小能量，称为脱出功．对光电效应四个定律的解释：（1）光电效应第一定律的解释Ne I ∝：光子数↑⇒光电子数↑I ⇒↑（2）光电效应第二定律的解释：0221U k U A h m v a -=-=νν00eU A A h ek h ===⎩⎨⎧ν a U ：遏止电压，0U ：逸出电位（3）光电效应第三定律的解释：ekA h A ==0ν 光电子动能不小于零（4）光电效应第四定律的解释：s t 810-≤：光子能量⇒电子，无须能量积累时间1921年，爱因斯坦因对物理学的贡献，特别是光电效应获诺贝尔物理学奖 爱因斯坦理论的验证1916年，密立根进行了精密的测量，证明~aU ν确为直线，且直线的斜率为h e .1923年获诺贝尔物理学奖4.光子的质量和动量2ch m h P h νλνε===⎩⎨⎧ 光子既具有一定的能量，就必须具有质量．但是光子以光的速度运动，牛顿力学便不适用．按照狭义相对论质量和能量的关系式，就可以决定一个光子的质量在狭义相对论中，质量和速度的关系为m 0为静止质量，光子永远以不变的速度c 运动，因而光子的静止质量必然等于零，否则m 将为无穷大．因为相对于光子静止的参照系是不存在的，所以光子的静止质量等于零也是合理的．而原子组成的一般物质的速度总是远小于光速的，故它们的静止质量不等于零．在m0是否等于零这一点上光子和普通的物质有显著的区别．在狭义相对论中，任何物体的能量和动量的关系为光子的静止质量为0，故光子的动量为 h p c cεν== 这是和光子的质量为2p h m c cν==，速度为c. 光电效应明确了光的行为像粒子，并且可用动力学的变量（动量和能量）来描述粒子的行为； 在光和物质相互作用过程中，光子是整体在起作用.另一方面，在讨论衍射和干涉现象时，需要把光作为波动来处理，于是用波长来阐明问题.波动特征和粒子特征是互相对立的，但并不是矛盾的.光的波长既适宜于显示波动特征，同时又也容易显示粒子特征.对于电磁波谱的长波段，表示其波动特征的物理量T 和较大，而表示其粒子特征的物理量ε和p 较小，因而容易显示波动特征，反之，对于电磁波谱的短波段，表示其波动特征的物理量T 和 较小，而表示其粒子特征的物理量ε和p 较大，因而容易显示粒子特征.【例1】将一块金属板放在离单色点光源5米远的地方，光源的光功率输出为10-3瓦.假设被打出的光电子可以从半径为10-8米（约相当于原子直径的十倍）的圆面上以从光源取得它所得的能量，已知打出一个电子需要 5.0eV.现在将光认为是经典波动，对这种装置的一个“靶”来说，打出一个光电子需要多长时间？【解析】电子接受能量的靶面积为92(10)π-⋅，半径为5米的球面面积为，前者是后者的，故每秒投射于靶面积上的能量为3201010--⋅焦耳. 打出一个电子需要能量5eV ，即 19810-⨯焦耳，故积累这些能量需时192381010--⨯秒=22.22小时.实际上光电效应是几时的，根本不需要这么长的时间.这说明光与光电阴极电子的作用决不是经典波动模型中能量积累的那种形式【例2】若—个光子的能量等于一个电子的静能量，试问该光子的动量和波长是多少？在电磁波谱中它是属何种射线？【解析】—个电子的静能量为m 0c 2，按题意2h mc ν=光子的动量光子的波长因电磁波谱中γ射线的波长在300~10-4A 范围内，所以该光子在电磁波谱中属于γ射线．5.康普顿效应(1)散射现象：光通过不均匀物质时，向各个方向发射的现象实验发现：X 射线→金属或石墨时，也有散射现象1922、1923年康普顿及其学生吴有顺进行了系统研究(2)实验装置：如图(3)实验结果:a.散射光中除有与入射线波长0λ相同的，还有比0λ大的波长λ，0λλλ∆=-随散射角θ而异，θ增大时，λ的强度增加，0λ的强度减小. b.当散射角θ确定时，波长的增加量与散射物质的性质无关.c.康普顿散射的强度与散射物质有关.原子量小的散射物质，康普顿散射较强，原波长的谱线强度较低.反之相反.按经典电磁理论，光的散射是带电粒子在入射光电场作用下作受迫振动，散射光与入射光应该有相同波长.按照光子理论，一个光子与散射物中的一个自由电子发生碰撞，散射光子将沿某一方向进行——康普顿散射，光子与电子之间碰撞遵守能量守恒和动量守恒，电子受到反冲而获得一定的动量和动能，因此散射光子能量要小于入射光子能量.由光子的能量与频率间的关系可知，散射光的频率要比入射光的频率低，因此散射光的波长.如果入射光子与原子中被束缚得很紧的电子碰撞，光子将与整个原子作弹性碰撞（如乒乓球碰铅球），散射光子的能量就不会显著地减小，所以观察到的散射光波长就与入射光波长相同.下图为光子与自由电子弹性碰撞的示意图.应用相对论质量、能量、动量关系，有式中m 0、m 为电子的静质量和质量，021()m m v c=-.将上式第二式写成分量式 00cos cos h h mv c c ννϕθ=- sin sin h mv cνϕθ= 解以上联立方程组，消去ϕ，即得22002sin 2sin 22c h m c θθλλλλ∆=-== 式中叫做电子的康普顿波长.上式表明λ∆与散射物质的性质无关.康普顿散射进一步证实了光子论，证明了光子能量、动量表示式的正确性，光确实具有波粒两象性.另外证明在光电相互作用的过程中严格遵守能量、动量守恒定律.在基元相互作用过程中，能量、动量守恒.1927年，康普顿因此获诺贝尔物理学奖【例1】求nm 5001=λ的可见光光子和nm .102=λ的X 射线光子的能量、动量和质量？J .19110983-⨯=ε,s /m kg .P ⋅⨯=-27110331,kg .m 36110424-⨯= J .15210991-⨯=ε,s /m kg .P ⋅⨯=-24210636,kg .m 32210212-⨯=【例2】nm .0100=λ的X 射线，射向静止的自由电子，观察方向o 90=ϕ，求：①?=λ②反冲电子的动能和动量？(①nm .012430=λ②eV .J .E k 41510421083⨯=⨯=-, )s /m kg (j .i .P e⋅⨯-⨯=-- 23231053510636 或：',s /m kg .P o e44381051823=⋅⨯=-θ) 【例3】已知X 光光子的能量为MeV .60，在康普顿散射之后，波长变化了20％，求反冲电子的能量.(MeV .E e610=)练习1.下列各物体，哪个是绝对黑体？A.不辐射可见光的物体B.不辐射任何光线的物体；C.不能反射可见光的物体D.不能反射任何光线的物体.2.以金属表面用绿光照射开始发射电子，当用下列光照射时，有电子发出的为：A.紫光B.橙色光C.蓝光D.红光3.钾金属表面被蓝光照射，发出光电子，若照射的蓝光光强增加，则A.单位时间内发出光电子数增加；B.光电子的最大动能增加；C.发出光电子的红限增加；D.光电效应的发生时间后滞缩短.4.波长为0.5微米的绿光频率为_________Hz ，其电子能量为________焦耳，合______电子伏特；频率为1兆赫的无线电量子能量为___________焦耳.5.已知从铯表面发射出的光电子最大动能为2eV ，铯的脱出功为1.8eV ，则入射光光子能量为________eV ，即________焦耳，其波长为_________埃.磁场基本知识介绍《磁场》部分在奥赛考刚中的考点很少，和高考要求的区别不是很大，只是在两处有深化：a 、电流的磁场引进定量计算；b 、对带电粒子在复合场中的运动进行了更深入的分析。

实验一光电效应1887年，赫兹在研究电磁辐射时意外发现，光照射金属表面时，在一定的条件下，有电子从金属的表面溢出，这种物理现象被称作光电效应，所溢出的电子称光电子。

由此光电子的定向运动形成的电流称光电流。

1888年以后，W.哈尔瓦克斯、A.Γ.斯托列托夫、P.勒纳德等人对光电效应进行了长时间的研究，并总结出了光电效应的基本实验事实：1.光强一定时，光电管两端电压增大时，光电流趋向一饱和值。

对于同一频率不同光强时，光电发射率（光电流强度或逸出电子数）与光强P成正比，见图1(a)、(b)。

2.对于不同频率的光,其截止电压不同，光电效应存在一个阈频率（截止频率、极限频率或红限频率），当入射光频率 低于某一阈值时，不论光的强度如何，都没有光电子产生，见图1（c）、（d）。

3.光电子的动能与入射光强无关，但与入射光的频率成线性关系。

4.光电效应是瞬时效应，一经光束照射立即产生光电子。

图1 光电效应规律上述实验事实用麦克斯韦的经典电磁理论无法作出圆满的解释。

1905年，爱因斯坦用光量子理论圆满解释了光电效应，并得出爱因斯坦光电效应方程。

后来密立根对光电效应展开全面的实验研究，证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性，并精确测出普朗克常数h。

因为在光电效应等方面的杰出贡献，爱因斯坦和密立根分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理学奖。

光电效应和光量子理论在物理学的发展史上具有划时代的意义，量子论是近代物理的理论基础之一。

而光电效应则可以给量子论以直观鲜明的物理图像。

随着科学技术的发展，利用光电效应制成的光电元件在许多科技领域得到广泛的应用，并且至今还在不断开辟新的应用领域，具有广阔的应用前景。

本实验利用“减速电势法”测量光电子的动能，从而验证爱因斯坦方程，并测得普朗克常数。

经过本实验有助于进一步理解量子理论。

【实验目的】1．通过实验了解光的量子性。

2．测量光电管的弱电流特性，找出不同光频率下的截止电压。

3．验证爱因斯坦方程，并由此求出普朗克常数。

光电效应讲义实验三光电效应【实验目的】1.加深对光的量子性的认识。

2.验证爱因斯坦方程，测定普朗克常数。

3.测定光电管的伏安特性曲线。

【实验原理】当一定频率的光照射到某些金属表面上时，可以使电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应．所产生的电子，称为光电子。

光电效应是光的经典电磁理论所不能解释的。

1905 年爱因斯坦依照普朗克的量子假设，提出了光子的概念。

他认为光是一种微粒—光子；频率为的光子具有能量 h ，h 为普朗克常数，目前国际公认值为h=(6 ．6260755±0．0000040) ×10-34 J·s。

当金属中的电子吸收一个频率为的光子时，便获得这光子的全部能量 h ，如果这能量大于电子摆脱金属表面的约束所需要的逸出功 W，电子就会从金属中逸出．按照能量守恒原理有：h 1mv 2m W 2上式称为爱因斯坦方程，其中m 和v m是光电子的质量和最大速(3.1)度，1 mvm2是光电子逸出2表面后所具有的最大动能．它说明光子能量 h 小于 W 时，电子不能逸出金属表面，因而没有光电效应产生；产生光电效应的入射光最低频率 =W／h ，称为光电效应的极限频率 ( 又称红限 ) 。

不同的金属材料有不同的逸出功，因而也是不同的。

用光电管进行光电效应实验，测量普朗克常数的实验原理如图3.1 所示。

图中 K 为图 3.1 光电效应实验原理图光电管的阴极， A 为阳极，微安表用于测量微小的光电流，电压表用于测量光电管两极间的电压， E 为电源， R 提供的分压可以改变光电管两极间的电势差。

当单色光入射到光电管的阴极 K 上时，如有光电子逸出，则当阳极 A 加正电势， K 加负电势时，光电子就被加速；而当K 加正电势， A 加负电势时，光电子就被减速。

当A、K 之间所加电压 U 足够大时，光电流达到饱和值I m , 当 U ≤- U0，并满足方程eU0 = 1mvm2(3.2)时，光电流将为零，此时的U0称为截止电压。

第1讲光电效应板块一主干梳理夯实基础【知识点1】光电效应I1. 定义照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。

2. 光电子光电效应中发射出来的电子。

3. 光电效应规律(1) 每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于等于这个极限频率才能产生光电效应。

低于这个频率的光不能产生光电效应。

(2) 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。

_-9(3) 光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10 S。

⑷当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。

_____【知识点2] 爱因斯坦光电效应方程I1. 光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量尸h v 其中h= 6.63x 10-34 Js(称为普朗克常量)。

2. 逸出功W o使电子脱离某种金属所做功的最/」—3. 最大初动能发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服金属的逸出功后所具有的动能。

4. 爱因斯坦光电效应方程(1) 表达式：E k = h v- W o。

(2) 物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h v，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W o，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E k= ；m e v $。

5. 对光电效应规律的解释【知识点3】光的波粒二象性物质波1. 光的波粒二象性(1) 光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性。

(2) 光电效应和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，即光具有波粒二象性。

2. 物质波(1) 1924年，法国物理学家德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，每一个运动着的粒子都有一个波和它对应, 这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。

(2) 物质波的波长：x= p=mh v，其中h是普朗克常量。

物质波也是一种概率波。

板块二考点细研悟法培优考点1光电效应规律的理解 ［深化理解］［考点解读】1. 光子与光电子光子是指组成光本身的一个个不可分割的能量子，光子不带电；光电子是指金属表面受到光照射时发射出来 的电子。

光电效应实验讲义光电效应法测定普朗克常数一、实验及应用背景介绍光电效应是指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的现象。

1887年物理学家赫兹用实验验证电磁波的存在时发现了这一现象，但是这一实验现象无法用当时人们所熟知的电磁波理论加以解释。

1905年，爱因斯坦大胆地把普朗克在进行黑体辐射研究过程中提出的辐射能量不连续观点应用于光辐射，提出“光量子”概念，从而成功地解释了光电效应现象。

1916年密立根通过光电效应对普朗克常数的精确测量，证实了爱因斯坦方程的正确性，并精确地测出了普朗克常数。

爱因斯坦与密立根都因光电效应等方面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得了诺贝尔奖。

光电效应实验对于认识光的本质及早期量子理论的发展，具有里程碑式的意义。

随着科学技术的发展，光电效应已广泛用于工农业生产、国防和许多科技领域。

利用光电效应制成的光电器件，如光电管、光电池、光电倍增管等，已成为生产和科研中不可缺少的器件。

二、实验目的和教学要求1、定性分析光电效应规律，通过光电效应实验进一步理解光的量子性；2、学习验证爱因斯坦光电方程的实验方法，并测定普朗克常数h；3、进一步练习利用线性回归和作图法处理实验数据。

三、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U AK，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-U AK关系如图2所示。

从图中可见，对一定的频率，有一电压U0,当U AK≦U0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U AK≧U0后，I迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流I M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ν的关系如图4所示，U0与ν成正比。

《光电效应》讲义在物理学的众多奇妙现象中，光电效应无疑是一颗璀璨的明珠。

它不仅为我们揭示了光的粒子性，还为现代科技的发展奠定了坚实的基础。

让我们先来了解一下什么是光电效应。

简单来说，光电效应指的是当光照射到金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量而逸出金属表面的现象。

这一现象具有一些显著的特点。

首先，存在一个截止频率。

也就是说，只有当入射光的频率高于某个特定值时，才会产生光电效应。

低于这个频率，无论光的强度有多大，都不会有电子逸出。

其次，光电子的初动能与入射光的频率成正比，而与光的强度无关。

再者，光电效应是瞬间发生的，几乎没有任何延迟。

那么，为什么会出现这些奇特的现象呢？为了解释光电效应，爱因斯坦提出了光子学说。

他认为光是由一个个光子组成的，每个光子的能量与其频率成正比，即 E ＝hν ，其中 E 表示光子的能量，h 是普朗克常量，ν 是光的频率。

当光子照射到金属表面时，如果光子的能量大于金属的逸出功（使电子从金属表面逸出所需的最小能量），电子就会吸收光子的能量并逸出金属表面。

由于光子的能量取决于频率，所以只有当频率足够高时，光子的能量才能满足逸出功的要求，这就解释了截止频率的存在。

而光电子的初动能取决于吸收的光子能量与逸出功的差值。

因为光子能量由频率决定，所以光电子的初动能与频率成正比。

光电效应在实际生活中有广泛的应用。

例如，光电管就是基于光电效应制成的。

光电管能够将光信号转化为电信号，被广泛应用于自动化控制、光通信等领域。

在太阳能电池中，光电效应同样发挥着关键作用。

太阳能电池通过吸收太阳光，使电子逸出产生电流，从而实现光能到电能的转换。

此外，光电效应还在图像传感器、光电探测器等方面有着重要的应用。

总之，光电效应是物理学中一个非常重要的概念，它不仅让我们对光的本质有了更深入的理解，还推动了现代科技的快速发展。

随着科学技术的不断进步，相信光电效应在未来还会有更多令人惊喜的应用和发展。

然而，对于光电效应的研究并没有停止。

光电效应法测定普朗克常数一、实验及应用背景介绍光电效应是指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的现象。

1887年物理学家赫兹用实验验证电磁波的存在时发现了这一现象，但是这一实验现象无法用当时人们所熟知的电磁波理论加以解释。

1905年，爱因斯坦大胆地把普朗克在进行黑体辐射研究过程中提出的辐射能量不连续观点应用于光辐射，提出“光量子”概念，从而成功地解释了光电效应现象。

1916年密立根通过光电效应对普朗克常数的精确测量，证实了爱因斯坦方程的正确性，并精确地测出了普朗克常数。

爱因斯坦与密立根都因光电效应等方面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得了诺贝尔奖。

光电效应实验对于认识光的本质及早期量子理论的发展，具有里程碑式的意义。

随着科学技术的发展，光电效应已广泛用于工农业生产、国防和许多科技领域。

利用光电效应制成的光电器件，如光电管、光电池、光电倍增管等，已成为生产和科研中不可缺少的器件。

二、实验目的和教学要求1、定性分析光电效应规律，通过光电效应实验进一步理解光的量子性；2、学习验证爱因斯坦光电方程的实验方法，并测定普朗克常数h；3、进一步练习利用线性回归和作图法处理实验数据。

三、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U AK，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-U AK 关系如图2所示。

从图中可见，对一定的频率，有一电压U 0,当U AK ≦U 0时，电流为零，这个相对于阴极的负值的阳极电压U 0，被称为截止电压。

(2)当U AK ≧U 0后，I 迅速增加，然后趋于饱和，饱和光电流I M 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U 0与频率 ν 的关系如图4所示，U 0与 ν 成正比。