17.2-光的粒子性

把一块锌板连接在验电器上，用紫外线照射锌板，观察验电器指针的变化。光电效应使验电器张角增大到约为30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。表明锌板在射线照射下失去电子而带正电!定义：当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电流。1.存在饱和电流光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。因为光照条件一定时，K发射的电子数目一定。实验表明：入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。AK阳极阴极VG－v加反向电压，如图所示：光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子做减速运动。若U=0时，I≠0，因为电子有初速度。则I=0，式中Uc为遏止电压。2.存在遏止电压和截止频率遏止电压Uc：使光电流减小到零的反向电压EEUFKA2ecc12mveU速率最大的是vc最大初动能IIs1Uc1OU黄光(强)黄光(弱)遏止电压饱和电流蓝光Uc2Is2Is3实验表明:(1)对于一定颜色(频率)的光,无论光的强弱如何，遏止电压是一样的。光的频率ν改变时，遏止电压也会改变。(2)当入射光的频率减小到某一数值νc时，即使不施加反向电压也没有光电流，也就是说不发生光电效应。即：当入射光频率ννc时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率ννc时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。注：上述中的νc称为截止频率：对于每种金属，都有相应确定的截止频率νc。(3)光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的极限频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10─9秒(这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”)。光电效应在极短的时间内完成！3.具有瞬时性1.内容：光不仅在发射和吸收时以能量为hν的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为ν的光是由大量能量为ε=hν的光子组成的粒子流组成的，这些光子沿光的传播方向以光速c运动。在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子克服逸出功W0上，另一部分变为光电子逸出后的动能Ek。由能量守恒可得出：2.爱因斯坦光电效应方程k0hEWW0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功；为光电子的最大初动能。2ke12Emv(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-W00,亦即hνW0,ν𝑊0ℎ=νc,而νc=𝑊0ℎ恰好是金属的截止频率。(4)Ek-ν曲线。如图所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化曲线。这里,横轴上的截距是截止频率;纵轴上的截距是逸出功的负值;斜率为普朗克常量。3.光子说对光电效应的解释(2)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流几乎是瞬时发生的。(3)光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。(1)爱因斯坦光电效应方程表明，光电子的初动能Ek与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当hνW0时，才有光电子逸出，vc=W0/h就是光电效应的截止频率。例题1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K,电流表中有电流通过,则()A.用紫外线照射,电流表不一定有电流通过B.用红外线照射,电流表一定无电流通过C.用频率为ν的可见光照射阴极K,当滑动变阻器的滑片移到最右端时,电流表一定无电流通过D.用频率为ν的可见光照射阴极K,当滑动变阻器的滑片向左端移动时,电流表示数可能不变D􀎥变式训练1􀎥光电效应实验的装置如图所示,用弧光灯照射锌板,验电器指针张开一个角度。则下面说法中正确的是()A.用紫外光照射锌板,验电器指针会发生偏转B.用绿色光照射锌板,验电器指针会发生偏转C.锌板带的是负电荷D.使验电器指针发生偏转的是正电荷解析:将擦得很亮的锌板连接验电器,用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线),验电器指针张开一个角度,说明锌板带了电。进一步研究表明锌板带正电,这说明在紫外光的照射下,锌板中有一部分自由电子从表面飞出来,锌板中缺少电子,于是带正电,选项A、D正确。绿光不能使锌板发生光电效应。答案:ADAD例题2已知金属铯的逸出功为1.9eV,在光电效应实验中,要使铯表面发出的光电子的最大初动能为1.0eV,则入射光子的能量应为多大?解析:由爱因斯坦的光电效应方程Ek=hν-W0得hν=Ek+W0=(1.0+1.9)eV=2.9eV。答案:2.9eV反思由爱因斯坦光电效应方程求得的是光电子的最大初动能,即从金属表面逸出的电子的动能。触类旁通你能计算出入射光的波长吗?答案:因为ε=hν,c=λν所以λ=ℎ𝑐𝜀=6.63×10-34×3×1082.9×1.6×10-19m=4.3×10-7m。􀎥变式训练2􀎥如图所示,用绿光照射一光电管的阴极时产生光电效应,欲使光子从阴极逸出时的最大初动能增大,应采取的措施是()A.改用红光照射B.改用紫光照射C.增大绿光的强度D.增大加在光电管上的正向电压解析:发生光电效应时,光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大,与照射光强度、光电管的电压无关,红光的频率比绿光的频率小,不一定能发生光电效应,即使发生光电效应,光电子的最大初动能也较小,而紫光的频率大于绿光的频率,故选项B正确。答案:BB1.在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时()A.锌板带正电，指针带负电B.锌板带正电，指针带正电C.锌板带负电，指针带正电D.锌板带负电，指针带负电B2.一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是()A.延长光照时间B.增大光束的强度C.换用红光照射D.换用紫光照射D3.根据图所示研究光电效应的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。101eUWh202eUWh解：当入射光频率分别为ν1、ν2时，测出遏止电压U1、U2，由爱因斯坦光电效应方程可得联立上两式，解得eUUh2121其中e为电子的电量，测出U1与U2就可测出普朗克常量