物理光电效应知识点

高中物理光电效应知识点总结

光电效应是指当金属表面受到光照时，金属表面会释放出电子的现象。这一现象被广泛应用于光电池、光电二极管等领域，对于现代科技的发展起到了重要作用。光电效应的发现也为量子物理的发展提供了重要的实验证据，对于理解光和物质的相互作用机制有着重要意义。

一、光电效应的基本原理

1.光电效应的基本概念

光电效应是指当金属表面受到光照时，金属表面会释放出电子的现象。这一现象最早由爱因斯坦在1905年提出，他认为光可以被理解为一种由粒子组成的电磁波，这些粒子被称为光子。当光照射到金属表面时，光子会与金属表面的电子发生相互作用，将一部分能量转移给电子，使得电子从金属中逸出。

2.光电效应的实验现象

光电效应实验通常可以通过以下步骤来进行： （1）将金属板作为阴极，通过接线与电压表和电流表连接，形成闭合电路。

（2）将金属板暴露在光照下，观察电流表的读数变化。

（3）当金属板受到光照时，电流表的读数会明显增加，表明光照可以促使金属释放出电子。

二、光电效应的关键参数

1.光电子的最大动能

当光照射到金属表面时，光子可以将能量转移给金属表面的电子，使得电子从金属中逸出。这时电子的动能可以通过光电子的最大动能公式来表示：

K_max = hν - φ

其中K_max表示光电子的最大动能，h为普朗克常数，ν为光子的频率，φ为金属的功函数。从公式可以看出，光电子的最大动能与光子的频率成正比，与金属的功函数成反比。

2.光电子的动量和波长关系 光电效应中，光子与金属表面的电子发生相互作用，从而将一部分能量转移给电子。这一过程不仅涉及到能量转移，还涉及到动量转移。根据动量守恒定律，光子的动量和电子的动量之和应保持不变，可以得到光电效应中的动量和波长关系公式：

p = h/λ

其中p为光子的动量，h为普朗克常数，λ为光子的波长。从公式可以看出，光子的波长与动量成反比，这说明波长越短的光子对金属的电子产生的动量越大，因此具有更强的光电效应。

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(反映单位时间内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＝×10－34 J·s.

3．光电效应方程

(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.

(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W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能Ek＝12mv2.

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(122－1n2)(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝×107 m－1，n为量子数． 2．玻尔理论

高中物理光电效应知识点总结

1、光电效应

如图1所示，用弧光灯照射锌板，与锌板相连的验电器就带正电，即锌板也带正电这说明锌板在光的照射下发射出了电子。

图1

（1）定义：在光的照射下物体发射出电子的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。

（2）研究光电效应的实验装置（如图2所示）阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K在受到光照时能够发射光电子，电源加在K与A之间的电压大小可以调整，正负极也可以对调。

图2

2、光电效应的规律

（1）光电效应的实验结果

首先在入射光的强度与频率不变的情况下，I－U的实验曲线如图3所示，曲线表明，当加速电压U增加到一定值时，光电流达到饱和值Im。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，若单位时间内从阴极K上逸出的光电子数目为n，则饱和电流Im=ne式中e为电子电荷量，另一方面，当电压U减小到零，并开始反向时，光电流并没降为零，这就表明从阴极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阳极A，但是当反向电压等于－Uc时，就能阻止所有的光电子飞向阳极A，使光电流降为零，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阳极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－Uc来确定电子的最大速度vm和最大动能，即

图3

在用相同频率不同强度的光去照射阴极K时，得到的I－U曲线如图4所示，它显示出对于不同强度的光，Uc是相同的，这说明同频率、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阴极K时，实验结果是：频率愈高，Uc愈大，如图5，并且与Uc成线性关系，如图6。频率低于ν0的光，不论强度多大，都不能产生光电子，因此，ν0称为截止频率，对于不同的材料，截止频率不同。

（2）光电效应的实验规律

①饱和电流Im的大小与入射光的强度成正比，也就是单位时间内逸出的光电子数目与入射光的强度成正比（见图4）。

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理解

(2) 测量普朗克常量h。

实验仪器：

ZKY-GD-4 光电效应实验仪

1 微电流放大器 2 光电管工作电源

3 光电管 4 滤色片

5 汞灯

实验原理：

原理图如右图所示：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迁移形成光电流。改变外加电压VAK，测量出光电流I的大小，即可得出光电管得伏安特性曲线。

1）对于某一频率，光电效应I-VAK关系如图所示。从图中可见，对于一定频率，有一电压V0，当VAK≤V0时，电流为0，这个电压V0叫做截止电压。

2)当VAK≥V0后，电流I迅速增大，然后趋于饱和，饱和光电流IM的大小与入射光的强度成正比。

3）对于不同频率的光来说，其截止频率的数值不同，如右图：

对于截止频率V0与频率ν4)

的关系图如下所示。V0与ν成正比关系。当入射光的频率低于某极限值ν0时，不论发光强度如何大、照射时间如何长，都没有光电流产生。

5）光电流效应是瞬时效应。即使光电流的发光强度非常微弱，只要频率大于ν0，在开始照射后立即就要光电子产生，所经过的时间之多为10-9s的数量级。

实验内容及测量：

1 将4mm的光阑及365nm的滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值的变化，寻找电流为零时对应的VAK值，以其绝对值作为该波长对应的𝑉0值，测量数据如下：

波长/nm 365 404.7 435.8 546.1 577

频率/×1014Hz 8.214 7.408 6.897 5.49 5.196

截止电压/V 1.679 1.335 1.107 0.557 0.434

频率和截止电压的变化关系如图所示：

由图可知：直线的方程是:y=0.4098x-1.6988 所以: h/e=0.4098×10−14 ,