光电效应及其实验规律 专题辅导.doc

用心爱心专心115号编辑光电效应及其实验规律河南陈超众对于光电效应这一节，重点在于理解光电效应的含义及其实验装置和规律。下面就这个实验的装置和实验规律加以剖析。光电效应的含义：在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。研究光电效应的实验装置如图1所示，阴极K和阳极A封闭在真空管内，在两极之间加一可变电压，用以加速或阻挡释放出来的电子。光通过小窗照到阴极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。图1实验结果发现，光和光电流之间有一定的依存关系。（1）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2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，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。则饱和电流。图2另一方面，当加速电压逐渐减小到零，并逐渐变负时（这时电场力对于光电子来说是阻力），光电流并不降为零，这就表明从电极K逸出的光电子具有初动能。所以尽管有电场力阻碍它运动，仍有部分初动能比较大的光电子到达电极A。但由于单位时间内到达阳极A的光电子数减少，所以光电流就随着减小。随着反向电压越来越大，单位时间内到达阳极A的光电子数就越来越少，光电流也就越来越小。但是当反向电压增大到等于时，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光电子也不能到达电极A。这样我们就能根据遏止电压来确定电子的最大初速度和最大初动能，即可得：，式中e为电子的电荷。（2）在用相同频率不同强度的光去照射电极K时，得到电流—电压的曲线如图3所示。它显示出对于不同强度的光，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。但光电流强度不同，这是因为入射光的强度是由单位时间到达金属表面的光子数目决定的，而被击中的光电子（亦即吸收了光子能量的电子）数又与光子数目成正比，这样光的强度越大，被击出的光电子数就越多，则形成的光电流就越强。即当入射光的频率一定时，光电流的强度与入射光的强度成正比。图3（3）用不同频率的光去照射电极K时，实验的结果是：频率愈高，愈大，说明了光电子的最大初动能与光的频率有关。并且光的频率v与成直线关系，如图4所示。频率低于的光，不论强度多大，都不能产生光电子，因此称为极限频率。对于不同的材料极限频率不同。图4总结所有的实验结果，光电效应的规律就可归纳为如下几点：①在入射光频率一定的情况下，饱和光电流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与入射光的强度成正比。②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，而只与入射光的频率有关。频率越高，光电子的能量就越大。③入射光的频率低于的光，无论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电子发射。④光的照射和光电子的释放几乎是同时的，一般不超过秒。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，提出了光子说，光子说能够很好地解释光电效应。把光子的概念应用于光电效应时，爱因斯坦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，按能量守恒和转化定律应有：上式即为爱因斯坦光电效应方程，其中为光电子的动能，W为光电子逸出金属表面所需的最小能量，称为金属的逸出功。不同的金属逸出功是不一样的。光电效应方程的图象如图5所示，即为该种金属的极限频率。图5例1.如图6所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零，合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V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。由此可知阴极材料的逸出功为（）A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV图6解析：由于光电子的能量为2.5eV，则电子吸收光子的能量后电子能量就达到2.5eV。当电压表的读数为0.60V时，加在光电管两极间的电压即为0.60V，并且阴极P的电势高，这样从阴极P发射的电子将克服电场力做功到达阳极。当电压表的读数为0.60V时，电流表的读数刚好为零，这说明最大初动能的光电子到达阳极后速度刚好为零，并且克服电场力做功为0.6eV。对于初动能最大的电子我们知道是因为它们在脱离金属时克服外力做的功最少。则可知电子在脱离金属时所要做功的最小值为1.9eV，即可知阴极材料的逸出功为1.9eV。例2.关于光电效应下述说法中正确的是（）A.光电子的最大初动能随着入射光强度的增大而增大B.只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应C.在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关D.任何一种金属都有一个极限频率，