4.2光電效應核心素養目標1.通過實驗，了解光電效應現象及其實驗規律2.了解愛因斯坦光電效應理論及其意義，能用愛因斯坦光電效應方程解釋光電效應現象3.了解康普頓效應及其意義4.能根據實驗結論說明光的波粒二象性問題

此時會看到驗電器的薄片張角逐漸減小，這說明紫外光照射會使電子從鋅板表面逸出。

把一塊鋅板連接在驗電器上，并使鋅板帶負電，驗電器指針張開。用紫外線燈照射鋅板，觀察驗電器指針的變化。1.光電效應照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出，這個現象叫光電效應，這個電子稱為光電子.1）定義：2）研究光電效應的實驗裝置3）光電效應本質

金屬原子最外層電子在做無規則熱運動，溫度不高時，動能很小，電子受金屬表層存在的一種力阻礙而不能大量逸出金屬表面。當有光照射時，電子吸收光子的能量而動能變大，從而克服阻力從金屬表面掙脫出來。一光電效應的實驗規律2.光電效應的實驗規律1）存在截止頻率頻率低于νc的入射光，無論光的強度多大，照射時間多長，都不能使光電子逸出，這個νc叫截止頻率.2）存在飽和電流光照條件不變時U增大，光電流I趨于一個飽和值.這說明：在一定的光照條件下，單位時間內陰極K發射的光電子的數目是一定的，電壓增加到一定值時，所有光電子都被陽極A吸收，這時即使再增大電壓，電流也不會增大。實驗表明：入射光越強，單位時間內發射的光電子數越多.3）存在遏止電壓與入射光的強度無關，只與入射光的的頻率有關當頻率大于νc，光的照射和光電子的逸出幾乎是同時的，產生光電流的時間不超過10-9s4）光電效應的瞬時性

如果施加反向電壓，也就是陰極K接電源正極、陽極A接電源負極，在光電管兩極間形成使電子減速的電場，電流有可能為0。使光電流減小到0的反向電壓Uc稱為遏止電壓。最大初動能：思考與討論

金屬中原子外層的電子會脫離原子而做無規則熱運動，但在溫度不很高時，電子并不能大量逸出金屬表面，這說明什么？

說明金屬表面存在一種力，阻礙電子的逃逸。電子要從金屬中掙脫出來，必須獲得一些能量，以克服這種阻礙。二、光電效應經典解釋中的疑難人們知道，金屬中原子外層的電子會脫離原子而做無規則的熱運動。但在溫度不是很高時，電子并不能大量逸出金屬表面，這是為什么呢?金屬表面層內存在一種力，阻礙了電子的逃逸。電子要從金屬中掙脫出來，必須獲得一些能量，以克服這種阻礙。

(1)逸出功：要使電子脫離某種金屬，需要外界對它做功，做功的最小值叫作這種金屬的逸出功，用W0表示。(2)幾種金屬的截止頻率和逸出功(如下表所示)。金屬鎢鈣鈉鉀銣νc/(1014Hz)10.957.735.535.445.15W0/eV4.543.202.292.252.13按照光的電磁理論，能否解釋下列問題。(1)截止頻率的存在。

(2)遏止電壓Uc應該與光的強弱無關。

(3)光電效應的瞬時性。

對于光電效應的解釋，愛因斯坦是在普朗克量子假說的基礎上作出的。在這個假說的啟發下，愛因斯坦在1905年發表了題為《關于光的產生和轉化的一個試探性觀點》的文章。

他表示，普朗克關于黑體輻射問題的嶄新觀點還不夠徹底，僅僅認為振動著的帶電微粒的能量不連續是不夠的。為了解釋光電效應，必須假定電磁波本身的能量也是不連續的，即認為光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為v的光的能量子為hv，其中，h為普朗克常量。這些能量子后來稱為光子。三、愛因斯坦的光電效應理論

按照愛因斯坦的理論（圖4.2-3），當光子照到金屬上時，它的能量可以被金屬中的某個電子全部吸收，金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是hv，在這些能量中，一部分大小為W0的能量被電子用來脫離金屬，剩下的是逸出后電子的初動能，即

上式稱為愛因斯坦光電效應方程，式中Ek為光電子的最大初動能三、愛因斯坦的光電效應理論

從下面的討論可以看出，愛因斯坦光電效應方程可以很好地解釋光電效應實驗中的各種現象。1、這個方程表明，只有當hv>W0時，光電子才可以從金屬中逸出，vc＝W0/h就是光電效應的截止頻率（圖4.2-4）。三、愛因斯坦的光電效應理論

從下面的討論可以看出，愛因斯坦光電效應方程可以很好地解釋光電效應實驗中的各種現象。2、這個方程還表明，光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率v有關，而與光的強弱無關。這就解釋了遏止電壓和光強無關三、愛因斯坦的光電效應理論3、電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電流自然幾乎是瞬時產生的4、對于同種頻率的光，光較強時，單位時間內照射到金屬表面的光子數較多，照射金屬時產生的光電子較多，因而飽和電流較大。

思考與討論：愛因斯坦光電效應方程給出了光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率

v

的關系。但是，很難直接測量光電子的動能，容易測量的是截止電壓Uc。那么，怎樣得到截止電壓Uc與光的頻率

v

和逸出功W0的關系呢？三、愛因斯坦的光電效應理論利用光電子的初動能和愛因斯坦光電效應方程可得：三、愛因斯坦的光電效應理論對于確定的金屬，其逸出功W0是確定的，電子電荷e和普朗克常量h都是常量。故上式中的截止電壓Uc與光的頻率v之間是線性關系

Uc-

v圖像是一條斜率為h/e的直線（圖4.2-5）三、愛因斯坦的光電效應理論從1907年起，美國物理學家密立根開始以精湛的技術測量光電效應中幾個重要的物理量。他的目的是：測量金屬的截止電壓Uc與入射光的頻率v，由此算出普朗克常量h并與普朗克根據黑體輻射得出的h相比較，以檢驗愛因斯坦光電效應方程的正確性實驗的結果是，兩種方法得出的普朗克常量h在0.5%的誤差范圍內是一致的。這為愛因斯坦的光電效應理論提供了直接的實驗證據。愛因斯坦由于提出了光電效應理論而獲得1921年的諾貝爾物理學獎四、康普頓效應和光子動量1.康普頓效應石墨X射線

發現在散射的X射線中，除了與人射波長λ0相同的成分外，還有波長大于λ0的成分，這個現象稱為康普頓效應。λ0=λ0>λ02.經典理論的解釋康普頓效應石墨X射線λ0受迫振動反射波散射波>λ0振動頻率=入射光頻率

這跟經典電磁理論是相違背的。因此，康普頓效應無法用經典物理學解釋。=散射光頻率=λ03.光子模型解釋康普頓效應康普頓

光子不僅具有能量，而且具有動量，光子的動量p與光的波長λ和普朗克常量h有關：波長變長的解釋：P↓——λ↑光子的動量P康普頓獲得1927年諾貝爾物理學獎

五、光的波粒二象性1.光的本性(1)19世紀初托馬斯·楊、菲涅耳、馬呂斯等分別觀察到了光的干涉、衍射和偏振現象。(2)19世紀60年代和80年代，麥克斯韋和赫茲先后從理論上和實驗上確認了光的電磁波本質。(3)光電效應和康普頓效應揭示了光的粒子性。(4)光既有波動性又具有粒子性，即光具有波粒二象性。對光的認識的幾種學說學說名稱微粒說波動說電磁說光子說波粒二象性代表人物牛頓惠更斯麥克斯韋愛因斯坦公認實驗依據光的直線傳播、光的反射光的干涉、衍射能在真空中傳播，是橫波，光速等于電磁波速度光電效應，康普頓效應光既有波動現象，又有粒子特征對光的認識的幾種學說內容要點光是一群彈性粒子光是一種機械波光是一種電磁波光是由一份一份光子組成的光是具有電磁本性的物質，既有波動性又有粒子性理論領域宏觀世界宏觀世界微觀世界微觀世界微觀世界對光的波粒二象性的理解實驗基礎表現說明光的波動性干涉和衍射(1)光子在空間各點出現的可能性大小可用波動規律來描述(2)足夠能量的光(大量光子)在傳播時，表現出波的性質(3)波長長的光容易表現出波動性(1)光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產生的(2)光的波動性不同于宏觀觀念的波對光的波粒二象性的理解光的粒子性光電效應、康普頓效應(1)當光同物質發生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現出粒子的性質(2)少量或個別光子容易顯示出光的粒子性(3)波長短的光，粒子性顯著(1)粒子的含義是“不連續”“一份一份”的(2)光子不同于宏觀觀念的粒子考點一光電效應現象及實驗規律1.不帶電的鋅板和驗電器用導線相連.若用甲燈照射鋅板，驗電器的金屬箔片不張開；若用乙燈照射鋅板，驗電器的金屬箔片張開，如圖1所示，則與甲燈相比，乙燈發出的光A.頻率更高

B.波長更大C.光強更強

D.速度更大√圖12.對光電效應現象的理解，下列說法正確的是A.當某種單色光照射金屬表面時，能產生光電效應，如果入射光的強度

減弱，從光照至金屬表面上到發射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B.若發生了光電效應且入射光的頻率一定時，光強越強，單位時間內逸出

的光