【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實驗及規(guī)律

【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實驗及規(guī)律【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實驗及規(guī)律全文共7頁，當前為第1頁?！靖咧形锢怼扛咧形锢砉怆娦?yīng)的實驗及規(guī)律全文共7頁，當前為第1頁。在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫做光電子。研究光電效應(yīng)的實驗裝置如圖1所示，陰極K和陽極A封閉在真空管內(nèi)，在兩極之間加一可變電壓，用以加速或阻擋釋放出來的電子。光通過小窗照到陰極K上，在光的作用下，電子從電極K逸出，并受電場加速而形成電流，這種電流稱為光電流。圖1實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，光和光電流之間有一定的依存關(guān)系。1、在入射光的強度與頻率不變的情況下，電流—電壓的實驗曲線如圖2所示。曲線表明，當加速電壓U增加到一定值時，光電流達到飽和值，這是因為單位時間內(nèi)從陰極K射出的光電子全部到達陽極A。則飽和電流。【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實驗及規(guī)律全文共7頁，當前為第2頁?！靖咧形锢怼扛咧形锢砉怆娦?yīng)的實驗及規(guī)律全文共7頁，當前為第2頁。圖2另一方面，當加速電壓逐漸減小到零，并逐漸變負時（這時電場力對于光電子來說是阻力），光電流并不降為零，這就表明從電極K逸出的光電子具有初動能。所以盡管有電場力阻礙它運動，仍有部分初動能比較大的光電子到達電極A。但由于單位時間內(nèi)到達陽極A的光電子數(shù)減少，所以光電流就隨著減小。隨著反向電壓越來越大，單位時間內(nèi)到達陽極A的光電子數(shù)就越來越少，光電流也就越來越小。但是當反向電壓增大到等于時，就能阻止所有的光電子飛向電極A，光電流降為零，這個電壓叫遏止電壓。它使具有最大初速度的光電子也不能到達電極A。這樣我們就能根據(jù)遏止電壓來確定電子的最大初速度和最大初動能，即可得：，式中e為電子的電荷。2、在用相同頻率不同強度的光去照射電極K時，得到電流—電壓的曲線如圖3所示。它顯示出對于不同強度的光，是相同的，這說明同一種頻率，不同強度的光所產(chǎn)生的光電子的最大初動能是相同的。但光電流強度不同，這是因為入射光的【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實驗及規(guī)律全文共7頁，當前為第3頁。強度是由單位時間到達金屬表面的光子數(shù)目決定的，而被擊中的光電子（亦即吸收了光子能量的電子）數(shù)又與光子數(shù)目成正比，這樣光的強度越大，被擊出的光電子數(shù)就越多，則形成的光電流就越強。即當入射光的頻率一定時，光電流的強度與入射光的強度成正比?！靖咧形锢怼扛咧形锢砉怆娦?yīng)的實驗及規(guī)律全文共7頁，當前為第3頁。圖33、用不同頻率的光去照射電極K時，實驗的結(jié)果是：頻率愈高，愈大，說明了光電子的最大初動能與光的頻率有關(guān)。并且光的頻率v與成直線關(guān)系，如圖4所示。頻率低于的光，不論強度多大，都不能產(chǎn)生光電子，因此稱為極限頻率。對于不同的材料極限頻率不同。圖4總結(jié)所有的實驗結(jié)果，光電效應(yīng)的規(guī)律就可歸納為如下幾點：【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實驗及規(guī)律全文共7頁，當前為第4頁。(1)在入射光頻率一定的情況下，飽和光電流的大小與入射光的強度成正比，也就是單位時間內(nèi)被擊出的光電子數(shù)與入射光的強度成正比。【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實驗及規(guī)律全文共7頁，當前為第4頁。(2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，而只與入射光的頻率有關(guān)。頻率越高，光電子的能量就越大。(3)入射光的頻率低于的光，無論光的強度如何，照射時間多長，都沒有光電子發(fā)射。(4)光的照射和光電子的釋放幾乎是同時的，一般不超過秒。為了解釋光電效應(yīng)的所有實驗結(jié)果，1905年愛因斯坦推廣了普朗克關(guān)于能量子的概念，提出了光子說，光子說能夠很好地解釋光電效應(yīng)。把光子的概念應(yīng)用于光電效應(yīng)時，愛因斯坦認為一個光子的能量是傳遞給金屬中的單個電子的。電子吸收一個光子后，把能量的一部分用來掙脫金屬對它的束縛，余下的一部分就變成電子離開金屬表面后的動能，按能量守恒和轉(zhuǎn)化定律應(yīng)有：上式即為愛因斯坦光電效應(yīng)方程，其中為光電子的動能，W為光電子逸出金屬表面所需的最小能量，稱為金屬的逸出功。不同的金屬逸出功是不一樣的。光電效應(yīng)方程的圖象如圖5所示，即為該種金屬的極限頻率?！靖咧形锢怼扛咧形锢砉怆娦?yīng)的實驗及規(guī)律全文共7頁，當前為第5頁?！靖咧形锢怼扛咧形锢砉怆娦?yīng)的實驗及規(guī)律全文共7頁，當前為第5頁。圖5

例1、如圖6所示，當電鍵K斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零，合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電流表讀數(shù)仍不為零。當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為（

）A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV圖6解析：由于光電子的能量為2.5eV，則電子吸收光子的能量后電子能量就達到2.5eV。當電壓表的讀數(shù)為0.60V時，加在【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實驗及規(guī)律全文共7頁，當前為第6頁。光電管兩極間的電壓即為0.60V，并且陰極P的電勢高，這樣從陰極P發(fā)射的電子將克服電場力做功到達陽極。當電壓表的讀數(shù)為0.60V時，電流表的讀數(shù)剛好為零，這說明最大初動能的光電子到達陽極后速度剛好為零，并且克服電場力做功為0.6eV。對于初動能最大的電子我們知道是因為它們在脫離金屬時克服外力做的功最少。則可知電子在脫離金屬時所要做功的最小值為1.9eV，即可知陰極材料的逸出功為1.9eV【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實驗及規(guī)律全文共7頁，當前為第6頁。例2、關(guān)于光電效應(yīng)下述說法中正確的是（

）A.

光電子的最大初動能隨著入射光強度的增大而增大B.

只要入射光的強度足夠強，照射時間足夠長，就一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)C.

在光電效應(yīng)中，飽和光電流的大小與入射光的頻率無關(guān)D.

任何一種金屬都有一個極限頻率，低于這個頻率的光不能發(fā)生光電效應(yīng)解析：由前面的實驗規(guī)律知，光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關(guān)，而與光的強度無關(guān)，所以答案A錯誤。是否能發(fā)生光電效應(yīng)是由光的頻率決定的，只要光的頻率大于金屬的極限頻率就可以發(fā)生光電效應(yīng)，而與光的強度與照射時間無關(guān)。則答案B錯誤。對于答案C正確的理解是這樣的，飽和光電流的大小是與光強有關(guān)，但不等于說與入射光的頻率【高中物理】高中物理光電效應(yīng)的實驗及規(guī)律全文共7頁，當前為第7頁。無關(guān)。飽和光電流與光強成正比的結(jié)論應(yīng)是在入射光頻率一定的條件下才成立的。若入射光的強度一定時，入射光的光子數(shù)便取決于每一個光子