第四章

波粒二象性第1節

光電效應夏夜路燈倏然亮起，指紋鎖在陰影中無聲開啟，超市玻璃門總能在顧客靠近時自動滑開。你是否好奇，為何金屬在陽光下會莫名升溫？當紫外線掃過紙幣，暗紋為何突然浮現？這些看似無關的現象，實則暗藏著光與物質間神秘的能量傳遞法則。1.知道什么是光電效應，了解光電效應的實驗規律；2.知道光電效應與電磁理論的矛盾。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。這個現象說明了什么問題？思考與討論：什么是光電效應？用紫外線燈照射后，驗電器張開的指針夾角會變小,說明鋅板帶的負電荷變少了。這意味著，紫外線會讓電子從鋅板表面逸出。一、光電效應1.光電效應：照射在金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現象。

逸出的電子稱為光電子。2.光電管：利用光電效應制成的一種光學元件，它的作用是把光信號轉變為電信號。二、光電效應的實驗規律1.光電效應的實驗光電管電流表：測光電流的大小電壓表：測兩極之間的電壓大小滑動變阻器：改變兩極之間的電壓大小實驗目的：研究光電效應中電子發射的情況與照射光的強弱、光的顏色(頻率)等物理量間的關系。當入射光頻率減小到某一數值

c時，A、K極板間不加反向電壓，電流也為0。此時的光的頻率

c即為截止頻率！2.截止頻率不同金屬的截止頻率不同。截止頻率與金屬自身的性質有關。理解：(1)金屬要發生光電效應與入射光強弱無關，只與頻率有關。(2)入射光頻率低于截止頻率時，不管光照多強，金屬都不會發生光電效應！光照不變，增大UAK，G表中電流達到某一值后不再增大，即達到飽和值。2.飽和電流理解：頻率不變，入射光越強，飽和電流越大，單位時間內發射的光電子數越多。當K、A間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當電壓達到某一值Uc時，光電流恰為0。Uc稱遏止電壓。3.遏止電壓

同一種金屬，截止電壓只與光的頻率有關。光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關，入射光的強弱無關。理解：光電子克服電場力做功，到達A極板時速度剛好為零。即使入射光的強度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉。4.光電效應具有瞬時性更精確的研究推知，光電子發射所經過的時間不超過10-9秒（這個現象一般稱作“光電子的瞬時發射”）。（1）對于任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能發生光電效應，低于這個頻率就不能發生光電效應；（2）當入射光的頻率大于極限頻率時，入射光越強，飽和電流越大；（3）光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨著入射光的頻率增大而增大；（4）入射光照到金屬上時，光電子的發射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9秒。總結：

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。但在溫度不很高時，電子并不能大量逸出金屬表面，這是為什么呢？思考與討論:

這表明金屬表面層內存在一種力，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。光電效應規律經典理論的解釋入射光越強，飽和電流大。任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光頻率必須大于這個極限頻率才能產生光電效光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光頻率的增大而增大入射光照到金屬上時，光電子的發射幾乎是瞬時的（t﹤10-9秒）入射光越強，單位時間內逸出的光電子數越多，飽和電流大。不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面。不存在極限頻率。光越強，光電子的初動能應該越大，所以遏止電壓UC應與光的強弱有關。若光很弱，按經典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量。×××三、經典電磁理論解釋的困難電磁理論＊不存在截止頻率＊截止電壓→光強＊需要長時間存在截止頻率遏止電壓→頻率瞬時<10-9s實驗結果

光電效應中的一些重要現象無法用經典電磁理論解釋，這引發了物理學家們的認真思考。1.(多選)電器指針原來是閉合的，現讓紫外線燈發出的光照射鋅板，發現驗電器指針張開了，則()A.驗電器的指針帶了正電B.該實驗表明光是一種電磁波C.增強紫外線燈的發光強度，指針張角會增大D.紅光照射鋅板，驗電器的指針張角一定會變得更大AC2.利用光電管研究光電效應實驗如圖所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則(

)A．用紫外線照射，電流表一定有電流通過B．用紅光照射，電流表一定無電流通過C．用紅外線照射，電流表一定無電流通過D．用頻率為ν的可見光照射K，當滑動變阻器的滑動觸頭移到A端時，電流表中一定無電流通過A

A.色光乙的頻率小、光強大B.色光乙的頻率大、光強大C.若色光乙的強度減為原來的一半，無論電壓多大，色光乙產生的光電流一定比色光甲產生的光電流小D.若另一光電管所加的正向電壓不變，色光甲能產生光電流，則色光乙一定能產生光電流

D光電效應的實驗規律