《高二物理备课导学案（人教版2019选择性必修第三册）》4.2 光电效应（解析版）

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第 2 节　光电效应

【知识梳理与方法突破】

一、光电效应及其实验规律

1.光电效应中的几组概念的理解

两组对比概

念

说明

光子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

光电

子的

初动

能

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

光子

的能

量

入射光

的强度

光子的能量即每个光子的能量，其值为

ε=hν ¿

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

照射到金属表面单位面积上内光子能量与入射光子数的乘积

光电

流

饱和电

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，光电流增

大，但光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和电流，在一定的光照条件下，饱和电流与

所加电压大小无关

光的

强度

饱和电

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，饱和电流与入射光强度之间没有简单的正比关

系

2.光电效应的实验规律

（1）发生光电效应时，入射光越强，饱和电流越大，即入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。

（2）光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关。入射光的频率

越高，光电子的最大初动能越大，但最大初动能与频率不成正比。

（3）每一种金属都有一个截止频率（或极限频率）

νc

，入射光的频率必须大于

νc

才能发生光电效应。频率

低于

νc

的入射光，无论光的强度有多大，照射时间有多长，都不能发生光电效应。不同金属的截止频率不

同。

（4）光电效应具有瞬时性。

3.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

【例 1】光伏电池是利用半导体材料的光电效应将太阳光能直接转换为电能的一种非机械装置。研究光电

效应的电路图如图所示，下列有关分析正确的是（　　）

A．发生光电效应时，入射光的强度越大遏止电压越高

B．发生光电效应时，入射光的频率越高饱和光电流一定越大

C．用不同颜色的光照射阴极 K，发生光电效应时电流表的示数可能相同

D．若电流表的示数为 0，则说明入射光的频率小于或等于阴极材料的截止频率

【答案】C

【详解】AB．由可知入射光的频率越高，遏止电压越高，但饱和光电流不一定越大，饱和光

电流还和入射光的强度有关，故AB 错误；

C．用不同颜色的光照射阴极 K，只要单位时间内产生的光电子数目相同，则电流表的示数相同，故C正确；

D．电流表的示数为 0，可能是反向电压遏止光电流的产生，故D错误。故选 C。

【针对训练 1】研究光电效应电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板

（阴极 K），钠极板发射出的光电子被阳极 A吸收，在电路中形成光电流。下列光电流 I与A、K之间的电

压的关系图象中，正确的是（）

A．B．

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