4.2 光电效应 总结讲义 -高中物理人教版（2019）选择性必修第三册

一、赫兹偶然发现光电效应二、光电效应实验规律科学家通过实验发现了以下规律：存在截止频率ν存在饱和电流存在遏止电压U光电效应具有瞬时性光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。这个现象称为光电效应，这种电子常称为光电子。逸出功w0：值叫作这种金属的逸出功，用w0不同种类的金属，其逸出功的大小也不相同。截止频率ν遏止电压Uc：使光电流减小到0的反向电压U存在截止频率实验表明：不同金属的截止频率不同。截止频率与金属本身的性质有关。存在饱和电流实验表明：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。这说明，对于一定频率（颜色）的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。存在遏止电压实验表明：同一种金属对于一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。光的频率改变，遏止电压也会改变。ν蓝>ν黄这意味着，对于同一种金属，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。如果施加反向电压，也就是阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在光电管两极间形成使电子减速的电场，电子无法定向移动。光电流减小到0。此时的反向电压称为遏止电压。满足12光电效应具有瞬时性实验表明：当频率超过截止频率νc三、光电效应中的疑难光电效应中的一些重要现象,无法用经典电磁理论解释。四、爱因斯坦的光电效应理论对于光电效应的解释，爱因斯坦是在普朗克量子假说的基础上作出的。为了解释光电效应，爱因斯坦提出了光子说。即光在吸收和发射能量是一份一份的，光本身就是由一个个不可分割的能量子组成，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子称为光子。光电效应与经典电磁理论的矛盾项目经典电磁理论光电效应实验结果矛盾1按照光的经典电磁理论，不论入射光的频率是多少，只要光强足够强，总可以使电子获得足够的能量从而发生光电效应如果光的频率小于金属的极限频率，无论光强多大，都不会发生光电效应。矛盾2光越强，电子可获得更多的能量，光电子的最大初动能也应该越大，所以遏止电压与光强有关遏止电压与光强无关，与频率有关。矛盾3光越强时，电子能量积累的时间就短，光越弱时，能量积累的时间就长当入射光照射到光电管的阴极时，无论光强怎样微弱，几乎在一开始就产生了光电子。可认为不需要时间积累。按照爱因斯坦的理论，当光子照到金属上时，它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中，一部分大小为w0ℎν=或E（该式称为爱因斯坦光电效应方程）HH爱因斯坦光电效应方程可以很好地解释光电效应实验中的各种现象。1.只有当hν>W0时，光电子才可以从金属中逸出，初动能当hν=W0，光电子初动能Ek=02.电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。五、美国密立根以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。通过测量金属的遏止电压UC与入射光的频率ν，由此算出普朗克常量h，六、康普顿效应光可以与介质中的物质微粒发生散射时，改变传播方向。美国康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0康普顿效应无法用经典物理学解释。按照经典物理学的理论，X射线的波长不会在散射中发生变化。康普顿用爱因斯坦的光子模型成功解释了这种效应。康普顿效应的光量子理论解释3.对于同种频率的光，光较强时，单位时间内照射到金属表面的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。4.光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光的强弱无关。也解释了遏止电压和光强无关。UC=UEk实验结果：两种方法得出的普朗克常量h在误差范围内是一致的。这为爱因斯坦的光电效应理论提供了直接的实验证据。爱因斯坦由于提出了光电效应理论而获得1921年诺贝尔物理学奖。或：康普顿的思想是：光子不仅具有能量（Σ=ℎν），而且还具有动量，光子的动量P与光的波长λ和普朗克常量hP=P=（1）若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。（2）若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，但光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。基于这个假定的理论结果和实验符合得很好。康普顿效应让人们对光子有了更深入的认识。康普顿因此获得了1927年的诺贝尔物理学奖。七、光的波粒二象性康普顿散射实验的意义：（1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设。（2）首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设，深入揭示了光的粒子性的一面。（3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。光的干涉和衍射现象说明光具有波动性。(代表：惠更斯、托马斯·杨)光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。(代表：爱因斯坦、康普顿)关于光的本性问题，我们不应该在微粒说和波动说之间进行取舍，而应该把它们看作是光的本性的两种不同侧面的描述。即：光具有波粒二象性。1．关于康普顿效应，下列说法正确的是（）A．康普顿效应证明光具有波动性B．康普顿效应可用经典电磁理论进行解释C．康普顿在研究石墨对射线的散射时发现，在散射的射线中，有些波长变长了D．康普顿在研究石墨对射线的散射时发现，在散射的射线中，有些波长变短了2.金属P、Q的逸出功大小关系为WP>WQ，用不同频率的光照射两金属P、Q，可得光电子最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系图线分别为直线p、q，则下列四图中可能正确的是（）3.用如图甲所示的装置研究光电效应现象，闭合开关S，用频率为v的光照射光电管时发生了光电效应，图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率v的关系图像，图线与横