《高二物理同步课堂帮帮帮（新教材人教版选择性必修第三册）》4.2光电效应

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第四章原子结构和波粒二象性

第2节光电效应

一．光电效应和光电效应的实验规律

1、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.光电效应的实验规律

(1)存在着饱和电流．入射光强度一定，单位时间内阴极 K发射的光电子数一定．入射光越强，饱和电

流越大．表明入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．

(2)存在着遏止电压和截止频率．遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度．对于一定颜色(频

率)的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的，即光电子的能量只与入射光的频率有关．当入射光的

频率低于截止频率时，不论光多么强，光电效应都不会发生．

(3)光电效应具有瞬时性．光电效应几乎是瞬时的，无论入射光怎么微弱，时间都不超过 10－9 s.

4．逸出功

使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功，用 W0表示，不同金属的逸出功不同．

二、光子说和光电效应方程

1．光子说

(1)内容：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成

的，这些能量子被称为光子，频率为 ν的光的能量子为 E ＝ h ν ．

(2)光子能量：公式为 ε＝hν，其中 ν指光的频率．

2．光电效应方程

(1)对光电效应的说明

在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是 hν，其中一部分用来克服金属的逸出功

W0，另一部分为光电子的初动能

E k.

(2)光电效应方程 Ek＝hν － W 0.

3．光电效应方程 Ek＝hν－W0的理解

(1)式中的 Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是 0～Ek范

围内的任何数值．

(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程：

能量为 E＝hν 的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部

分就是电子离开金属表面时的动能．如果克服吸引力做功最少为 W0，则电子离开金属表面时动能最大为

Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0.

(3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件：

若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即 Ek＝hν－W0>0，亦即 hν＞W0，ν＞＝νc，而

νc＝恰好是光电效应的截止频率．

4、几个概念的理解

（1）．光子与光电子

光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，

其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果．

（2）．光电子的动能与光电子的最大初动能

光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，

需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直

接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能．光电子的初动能小于或等于光电子的最

大初动能．

（3）．光子的能量与入射光的强度

光子的能量即每个光子的能量，其值为 E＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定．入射光的强

度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子

数的乘积．

（4）．光电流和饱和光电流

金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱

和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．

（5）．光的强度与饱和光电流

饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频

率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系．

5．光电效应规律中的两条线索、两个关系

(1)两条线索：

(2)两个关系：

光强→光子数目多→发射光电子多→光电流大；

光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．

6、与光电效应有关的图象问题

在理解光电效应方程的基础上，把其数学关系式与数学函数图象结合起来，经分析、推导得出图象的

斜率及在图象横、纵坐标轴上的截距所对应的物理量，从而理解它们的物理意义，有效提高自身应用数学

解决物理问题的能力．

（1）．最大初动能与入射光频率的关系

该图象对应的函数式 Ek＝hν－W0，图象与横轴的交点坐标为极限频率，图象是平行的是因为图线的斜

率就是普朗克常量．

（2）．光电流与电压的关系图象

从图象①③可看出同种光照射同种金属板对应的反向遏止电压相同．而饱和光电流强度随入射光强度

增大而增大；从图象①②可知，对于同种金属，入射光的频率越高，反向遏止电压越大．

（3）．反向遏止电压与入射光频率的关系

该图象的对应函数式为 Uc＝，故从图象可以直接读出金属的极限频率，由极限频率可算出普朗克常量，

由纵轴截距可推算出金属的逸出功．

二、康普顿效应

光的散射：光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向发生改变的光现象．

康普顿效应：在光的散射中，除了有入射波长较短的成分外，还有波长较长的成分，波长的改变与散

射角有关．

康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的

一面．

4光子说对康普顿效应的解释

假定X射线光子与电子发生弹性碰撞．

(1)光子和电子相碰撞时，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)因为碰撞中交换的能量与碰撞的角度有关，所以波长改变与散射角有关．

【例题 1】(多选)对光电效应的理解正确的是(　　)

A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属

B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发

生光电效应

C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大

D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同

【答案】　BD

【解析】　按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率越大，

发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，电子必须具有足够的动能，而电

子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，所

以光子的能量小于某一数值时便不能产生光电效应现象；电子从金属逸出时只有从金属表面向外逸出的电

子克服原子核的引力所做的功最小．综上所述，选项 B、D正确．

【例题 2】利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为 ν的可见光照射阴极

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