光電效應(yīng)方程及其意義高二下學(xué)期物理粵教版(2019)選擇性必修第三冊

新粵教版(2019)高中物理選擇性必修第三冊第四章4.2光電效應(yīng)方程及其意義溫故知新1、產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件：任何一種金屬，都存在極限頻率υ0，只有當(dāng)入射光頻率υ>υ0時，才能發(fā)生光電效應(yīng)。2、光電子的最大初動能：光電子的最大初動能Ekm與入射光強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大。3、光電效應(yīng)的發(fā)生時間：幾乎是瞬時發(fā)生的。4、光電流強(qiáng)度的決定因素：當(dāng)入射光頻率υ>υ0時，光電流隨入射光強(qiáng)度的增大而增大；當(dāng)入射光的強(qiáng)度不變，頻率增大，光電流不變。光電效應(yīng)的4條基本規(guī)律溫故知新光電效應(yīng)的實驗規(guī)律光電效應(yīng)實驗裝置光電效應(yīng)伏安特性曲線用電磁理論解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象出現(xiàn)了困難。能量子假說普朗克在研究物體熱輻射的規(guī)律時發(fā)現(xiàn)，只有認(rèn)為電磁波發(fā)射和吸收的能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的，理論計算的結(jié)果才能跟實驗事實相符合。每一份的能量等于hυ，其中υ是輻射電磁波的頻率，實驗測得h=6.63×10–34j·s(普朗克常量）量子假說的意義：由這個假說出發(fā)，可以非常合理地解釋某些電磁波的輻射和吸收的實驗現(xiàn)象。能量子假說宏觀世界物理量的取值往往是連續(xù)的，如質(zhì)量、動能、動量等，都可以取從0到∞之間的任意值。而在微觀世界，物理量的取值往往是不連續(xù)的，如氫原子中電子的能量，只可取-13.6ev,-3.4ev,-1.5ev等。這種現(xiàn)象稱為量子化現(xiàn)象。光子假說受到普朗克的啟發(fā)，愛因斯坦于1905年提出：在空間傳播的光也不是連續(xù)的，是以光速c運動的粒子（稱為光子）流，是一份一份的，每一份叫做一個光子。

一個光子的能量為ε=hυ

式中的h=6.63×10-34j·s(普朗克常量)。這個學(xué)說后來叫光子假說。光電效應(yīng)方程按光子假說，光電效應(yīng)中發(fā)出的光電子，是由入射光子與金屬中電子碰撞后打出來的。由于離子的束縛，電子只有吸收一定的能量，才能從物體內(nèi)部逃脫，成為光電子。即：必須對內(nèi)部電子做功，電子才能脫離離子的束縛而逸出表面，使電子脫離某種金屬所做的功的最小值稱為金屬的逸出功，用W0表示。電子逃逸出來后，可能還有一定的動能，根據(jù)能量守恒定律，入射光子的能量等于出射光電子的最大初始動能與逸出功之和，即：光電效應(yīng)方程

對光電效應(yīng)方程的理解方程中的Ekm是光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時動能大小可以是0～Ekm范圍內(nèi)的任何值光電效應(yīng)方程符合能量守恒定律光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件

理解幾個物理量逸出功W0：金屬表面的電子直接從金屬表面飛出時克服原子核的引力束縛所做的功，叫做這種金屬的逸出功。最大初動能Ekm：直接從金屬表面飛出的光電子具有的動能最大。愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋光電效應(yīng)方程

對極限頻率的理解：從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動能為零時，可得到極限頻率為

也就是說，只有當(dāng)光子的能量hυ≥W0時，最大初動能Ekm≥0。愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋光電效應(yīng)方程

對最大初動能的理解：從方程可以變形得到，光電子最大初動能和照射光的頻率成線性關(guān)系

光電效應(yīng)理論的驗證愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因為它完全違背了光的波動理論。美國物理學(xué)家密立根，花了十年時間做了“光電效應(yīng)”實驗，結(jié)果在1915年證實了愛因斯坦方程，h的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應(yīng)的實驗規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎。。愛因斯坦由于對光電效應(yīng)的理論解釋和對理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎。密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位，獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎。光電效應(yīng)理論的驗證光電效應(yīng)方程【練1】(單)入射光照到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變。下列說法正確的是A．逸出的光電子的最大初動能減少B．單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目減少C．從光照至金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將增加D．不發(fā)生光電效應(yīng)B光電效應(yīng)方程【練2】(單)紅、橙、黃、綠四種單色光中，光子的能量最小的是A．紅光B．橙光C．黃光D．綠光A光電效應(yīng)方程【練3】(單)某單色光照射某金屬時不能發(fā)生光電效應(yīng)，則下述措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是A．延長光照時間B．增強(qiáng)光的強(qiáng)度C．換用波長較短的光照射D．換用頻率較低的光照射C光電效應(yīng)方程【練4】(多)光電效應(yīng)的四條規(guī)律中，經(jīng)典的電磁理論不能解釋的有A．入射光的頻率必須大于被照射的金屬的極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)B