光电效应的三个疑点辨析

光电效应的三个疑点辨析

湖北省恩施高中陈恩谱

一、光电效应方程中为什么不考虑电子热运动能量

人教版《物理选修3-5》2010年4月第3版第32页“表1 几种金属的逸出功和极限频率”下有一段文字：“若电子吸收的能量与原有的热运动能量之和超过逸出功，电子就从表面逸出”，但是在第33页介绍的爱因斯坦光电效应方程中，却没有电子热运动能量这一项，而只考虑了电子吸收的光子的能量。课文前后矛盾吗？或者说电子热运动能量在光电效应中需要考虑吗？

其实，课本第32页右下角有一个旁批：“常温下金属中电子的热运动能量约为4×10-2eV，比产生光电效应的光子能量hv（约75eV）小得多，可以忽略”，已经对上述疑问进行了很好的解释。常温下，金属中电子热运动的速率的数量级为10-5m/s，很容易计算得知电子热运动动能的数量级为10-2eV，而通常光电效应所需光子最小能量（逸出功）的数量级为100~101eV，远大于电子热运动动能，因此，常温下的确不需要考虑电子热运动能量。

不过，当金属的温度很高时（通以强电流），比如高达1000摄氏度以上时（钨丝工作温度为2500K），电子热运动的动能就会增大到超过逸出功，从而从金属表面逸出，形成所谓热电子。这就是热电子枪的工作基础。

二、光电效应与康普顿效应有什么区别

1、电子状态的区别

在光电效应中，电子处于束缚状态，需要考虑金属对电子的束缚作用（逸出功），但是康普顿效应中明显没有考虑金属对电子的束缚作用，而是把电子当做静止的自由电子。那么，为什么会存在这个区别呢？

其实，光电效应中，光源采用的是普通光源或者紫外光光源，光子能量的数量级在100~101eV内，这和电子逸出金属表面所需要的能量在一个数量级，因此，必须考虑金属对电子的束缚作用。但是，康普顿效应中，所用光源为X射线源，X射线光子能量达104eV数量级，远大于金属的逸出功和电子热运动能量，因此完全不必考虑金属对电子的束缚作用和电子的热运动能量，而可以把金属外层电子当做自由电子来处理。

2、光子能量可以分割吗

人教版《物理选修3-5》2010年4月第3版第32页介绍说，爱因斯坦认为，光子的能量是不可分割的，因此，当入射光子的能量超过金属逸出功时，光子能量就被电子整个的吸收，电子立即获得足够的能量，就能立即从金属表面逸出。

但是在康普顿效应中，入射光子与自由电子“碰撞”后，散射出来的光子的波长变长了，乍一看来，似乎光子的能量、动量在与电子“碰撞”过程中部分的分给了电子，剩余部分自己带走——光子能量是可以分割的！这与爱因斯坦的观点不是相冲突吗？

其实，课本并没有做出或暗示上述结论，这个疑问的产生，是因为将光子与电子相互作用过程，不恰当的类比桌球“碰撞”导致的。稍微思考一下就会发现，散射光子与入射光子已经是不同的光子——波长、频率都发生变化了！实际上，光子与自由电子“碰撞”过程，经历了吸收和发射两个过程——首先是入射光子被电子吸收，然后被激发的电子再释放出一个新的光子。康普顿效应的全过程可以用费因曼图表示为如下图所示：

三、光电效应中入射光频率是否必须大于截止频率

课本上叙述的光电效应的实验规律，其实是在普通光源照射下得到的实验规律，这种情况下，光照强度并不大，可以认为在电子尺度来看，光子太过于稀疏，电子同时吸收多个光子的可能性极低，如果电子吸收的光子能量小于逸出功而无法逸出，就会自发的跃迁到低能级，而把光子能量又释放出来，因此几乎无法观察到多光子光电效应。因此，普通光源照射金属材料时，必须要求入射光子能量超过金属的逸出功，即入射光频率必须超过金属的截止频率。

但是，若采用强激光照射金属材料，由于光子密度足够大，电子几乎可以同时吸收多个光子，这样，即使入射光的频率低于金属的截止频率，电子吸收的多个光子的总能量也可能超过金属的逸出功，从而发生多光子光电效应。因此，入射光频率超过金属的截止频率，并不是光电效应发生的必要条件。

当然，如果不做特殊说明，高中阶段都默认成是在普通光照条件下做的光电效应实验，因此一般情况下，还是默认为需要入射光频率超过金属的截止频率才能发生光电效应。

光电效应与康普顿效应比较

光电效应与康普顿效应的比较 周嘉夫 （天水师范学院物理与信息科学学院，甘肃天水741001） 摘要: 光电效应和康普顿效应是光的粒子性的两个重要证据，通过对两效应实验规律的比较及产生条件的分析，论述两效应之间存在的本质差异，进一步说明光电效应和康普效应虽然都是光子与原子的作用过程，但产生条件和现象却是根本不同的。 关键词:光电效应康普顿效应光子散射电子自由电子差异能量作用比较 The Comparison of Photoelectric Effect and Konpton Effect Zhou Jiafu ( School of Physics and Information Science, Tianshui Normal university, 741001) Abstract:Photoelectric effect and Compton effect is the particle nature of light are two important evidence. Effect of the two experiments and production of comparative law analysis of the conditions discussed between the two effects of differences in the photoelectric effect and further Compton Effect Although they are both the role of photon and atom, but phenomena arising from the conditions and it is step-by-step with the fundamental. Key words:Scattering, Electron, PhotoelectricEffect, Konpton Effec,Free Electron，Photon，Function，Energy，Comparison

内外光电效应

光照射到某些物质上,引起物质的电性质发生变化,这类光致电变的现象统称为光电效应。光电效应一般分为外光电效应和内光电效应。内光电效应是被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。外光电效应是被光激发产生的电子逸出物质表面，形成真空中的电子的现象。 一、外光电效应在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。 光子是具有能量的粒子，每个光子的能量：E=hvh—普朗克常数，6.626×10-34J·s；ν—光的频率（s-1）根据爱因斯坦假设，一个电子只能接受一个光子的能量，所以要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子的能量大于该物体的表面逸出功，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。外光电效应多发生于金属和金属氧化物，从光开始照射至金属释放电子所需时间不超过10-9s。 根据能量守恒定理 E=hv-W 该方程称为爱因斯坦光电效应方程。 二、内光电效应当光照在物体上，使物体的电导率发生变化，或产生光生电动势的现象。分为光电导效应和光生伏特效应（光伏效应）。 1 光电导效应在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态，而引起材料电导率的变化。当光照射到光电导体上时，若这个光电导体为本征半导体材料，且光辐射能量又足够强，光电材料价带上的电子将被激发到导带上去，使光导体的电导率变大。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。 2 光生伏特效应在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池和光敏二极管、三极管。 ①垒效应（结光电效应）光照射PN结时，若hf≧Eg，使价带中的电子跃迁到导 带，而产生电子空穴对，在阻挡层内电场的作用下，电子偏向N区外侧，空穴 偏向P区外侧，使P区带正电，N区带负电，形成光生电动势。 ②侧向光电效应（丹培效应）当半导体光电器件受光照不均匀时，光照部分产生 电子空穴对，载流子浓度比未受光照部分的大，出现了载流子浓度梯度，引起 载流子扩散，如果电子比空穴扩散得快，导致光照部分带正电，未照部分带负 电，从而产生电动势，即为侧向光电效应。 ③光电磁效应半导体受强光照射并在光照垂直方向外加磁场时，垂直于光和磁场 的半导体两端面之间产生电势的现象称为光电磁效应，可视之为光扩散电流的 霍尔效应。④贝克勒耳效应是指液体中的光生伏特效应。当光照射浸在电解液 中的两个同样电极中的一个电极时，在两个电极间产生电势的现象称为贝克勒 耳效应。感光电池的工作原理基于此效应。 三、应用 1制造光电倍增管 光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下来。算式在以爱因斯坦方式量化分析光电效应时使用以下算式： 光子能量 = 移出一个电子所需的能量+ 被发射的电子的动能代数形式： hf=φ +Em φ=hf0 Em=(1/2)mv^2 其中 h是普朗克常数，h = 6.63 ×10^-34 J·s， f是

光电效应实验报告

南昌大学物理实验报告 学生姓名：黄晨学号：5502211059 专业班级：应用物理学111班班级编号：S008实验时间：13时00 分第3周星期三座位号：07 教师编号：T003成绩： 光电效应 一、实验目的 1、研究光电管的伏安特性及光电特性；验证光电效应第一定律； 2、了解光电效应的规律，加深对光的量子性的理解； 3、验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常量。 二、实验仪器 普朗克常量测定仪 三、实验原理 当一定频率的光照射到某些金属表面上时，有电子从金属表面逸出，这种现象称为光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。实验示意图如下 图中A,K组成抽成真空的光电管，A为阳极，K为阴极。当一定频率v的光射到金属材料做成的阴极K上，就有光电子逸出金属。若在A、K两端加上电压后光电子将由K定向的运动到A，在回路中形成电流I。 当金属中的电子吸收一个频率为v的光子时，便会获得这个光子的全部能量，如果这些能量大于电子摆脱金属表面的溢出功W，电子就会从金属中溢出。按照能量守恒原理有

南昌大学物理实验报告 学生姓名：黄晨学号：5502211059 专业班级：应用物理111 班级编号：S008实验时间：13 时00分第03周星期三座位号：07 教师编号：T003成绩：此式称为爱因斯坦方程，式中h为普朗克常数，v为入射光频。v存在截止频率，是的 吸收的光子的能量恰好用于抵消电子逸出功而没有多余的动能，只有当入射光的频率大于截止频率时，才能产生光电流。不同金属有不同逸出功，就有不同的截止频率。 1、光电效应的基本实验规律 （1）伏安特性曲线 当光强一定时，光电流随着极间电压的增大而增大，并趋于一个饱和值。 （2）遏制电压及普朗克常数的测量 当极间电压为零时，光电流并不等于零，这是因为电子从阴极溢出时还具有初动能，只有加上适当的反电压时，光电流才等于零。

大学物理练习题 光电效应 康普顿效应

练习二十一光电效应康普顿效应 一、选择题 1. 已知一单色光照射在钠表面上，测得光电子的最大动能是1.2eV，而钠的红限波长是540nm，那么入射光的波长是 (A) 535nm。 (B) 500nm。 (C) 435nm。 (D) 355nm。 2. 光子能量为0.5MeV的X射线，入射到某种物质上而发生康普顿散射。若反冲电子的动能为0.1MeV，则散射光波长的改变量?λ与入射光波长λ0之比值为 (A) 0.20。 (B) 0.25。 (C) 0.30。 (D) 0.35。 3. 用频率为ν的单色光照射某种金属时，逸出光电子的最大动能为E k，若改用频率为2ν的单色光照射此种金属，则逸出光电子的最大动能为 (A)hν+E k。 (B) 2hν?E k。 (C)hν?E k。 (D)2E k。 4. 下面这此材料的逸出功为：铍，3.9eV；钯， 5.0eV；铯，1.9eV；钨，4.5eV。要制造能在可见光(频率范围为3.9×1014Hz－7.5×1014Hz)下工作的光电管，在这此材料中应选： (A)钨。 (B)钯。 (C)铯。 (D)铍。 5. 光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程。对此过程，在以下几种理解中，正确的是： (A) 光电效应是电子吸收光子的过程，而康普顿效应则是光子和电子的弹性碰撞过程。 (B) 两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程。 (C) 两种效应都属于电子吸收光子的过程。 (D) 两种效应都是电子与光子的碰撞，都服从动量守恒定律和能量守恒定律。 6. 一般认为光子有以下性质 (1) 不论在真空中或介质中的光速都是c； (2) 它的静止质量为零； (3) 它的动量为hν/c2； (4) 它的动能就是它的总能量； (5) 它有动量和能量，但没有质量。 以上结论正确的是 (A)(2)(4)。 (B)(3)(4)(5)。 (C)(2)(4)(5)。 (D)(1)(2)(3)。 7. 某种金属在光的照射下产生光电效应，要想使饱和光电流增大以及增大光电子的初动能，应分别增大照射光的

(完整版)光电效应练习题(含答案)

光电效应规律和光电效应方程 一、选择题 1．下列关于光电效应实验结论的说法正确的是() A．对于某种金属，无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 B．对于某种金属，无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 C．对于某种金属，超过极限频率的入射光强度越大，所产生的光电子的最大初动能就越大 D．对于某种金属，发生光电效应所产生的光电子，最大初动能与入射光的频率成正比 【解析】选A. 发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度、光照时间无关，所以光的频率小于极限频率就不能产生光电效应，故A正确，B错误．根据光电效应方程E k＝hν－W0，可知入射光的频率大于极限频率时，频率越高，光电子的最大初动能越大，与入射光强度无关，故C错误．根据光电效应方程E k＝hν－W0，可知光电子的最大初动能与入射光的频率是一次函数关系，故D错误． 2．在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是() A．增大入射光的强度，光电流增大 B．减小入射光的强度，光电效应现象消失 C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应 D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大 【解析】选AD.增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B错误；用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hν－W0＝ 2 1 mv2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确． 3．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了一个角度，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 【解析】选B.弧光灯照射锌板发生光电效应，锌板上有电子逸出，锌板带正电，验电器指针也带正电，故B正确 4．关于光电效应有如下几种叙述，其中叙述正确的是() A．金属的逸出功与入射光的频率成正比 s

光电效应和普朗克常量的测定-实验报告

光电效应和普朗克常量的测定 创建人：系统管理员总分：100 实验目的 了解光电效应的基本规律，学会用光电效应法测普朗克常量；测定并画出光电管的光电特性曲线。 实验仪器 水银灯、滤光片、遮光片、光电管、光电效应参数测试仪。 实验原理 光电效应： 当光照射在物体上时，光子的能量一部分以热的形式被物体吸收，另一部分则转换为物体中一些电子的能量，是部分电子逃逸出物体表面。这种现象称为光电效应。爱因斯坦曾凭借其对光电效应的研究获得诺贝尔奖。在光电效应现象中，光展示其粒子性。 光电效应装置： S为真空光电管。内有电极板，A、K极板分别为阳极和阴极。G为检流计（或灵敏电流表）。无光照时，光电管内部断路，G中没有电流通过。U为电压表，测量光电管端电压。 由于光电管相当于阻值很大的“电阻”，与其相比之下检流计的内阻基本忽略。故检流计采用“内接法”。 用一波长较短（光子能量较大）的单色光束照射阴极板，会逸出光电子。在电源产生的加速电场作用下向A级定向移动，形成光电流。显然，如按照图中连接方式，U越大时，光电流

I 势必越大。于是，我们可以作出光电管的伏安特性曲线，U=I 曲线关系大致如下图： 随着U 的增大，I 逐渐增加到饱和电流值IH 。 另一方面，随着U 的反向增大，当增大到一个遏制电位差Ua 时，I 恰好为零。此时电子的动能在到达A 板时恰好耗尽。 光电子在从阴极逸出时具有初动能2 2 1mv ，当U=Ua 时，此初动能恰好等于其克服电场力所做的功。即： ||2 12 a U e mv = 根据爱因斯坦的假设，每粒光子有能量hv =ε。式中h 为普朗克常量，v 为入射光波频率。 物体表面的电子吸收了这个能量后，一部分消耗在克服物体固有的逸出功A 上，另一部分则转化为电子的动能，让其能够离开物体表面，成为光电子。 于是我们得到爱因斯坦的光电效应方程：A m hv += 2 v 2 1 由此可知，光电子的初动能与入射光频率成线性关系，而与光强度无关。（光强度只对单位时间内逸出物体表面的光电子的个数产生影响） 光电效应的光电阈值： 红限：当入射光频率v 低于某一值0v 时，无论用多强的光照都不会发生光电效应。由光电效应方程易得这个频率h A v /0=，称为红限。 测量普朗克常量的方法： 用光波频率为的单色光照射阴极板，测量其遏制电位差Ua 。 于是有： A U e hv a +=|| 所以： e A v -= e h |U |a 这表明了截止电压|U |a 和光波频率v 成正比。 实验中获得单色光的方法： 使用水银灯发出稳定白光作为光源，再使用不同颜色的滤光片罩在光电管的入光口以得到相应颜色的单色光，还可以使用不同透光度的遮光片罩在水银灯的出光口以得到不同强度的

高考物理一轮复习 专题60 光电效应 波粒二象性(练)(含解析)1

专题60 光电效应波粒二象性（练） 1．用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加 电压U的关系如图．下列说法中正确 ．．的是：（） U I a b A．a光光子的频率大于b光光子的频率，a光的强度小于b光的强度； B．a光光子的频率小于b光光子的频率，a光的强度小于b光的强度； C．如果使b光的强度减半，则在任何电压下，b光产生的光电流强度一定比a光产生的光电流强度小； D．另一个光电管加一定的正向电压，如果a光能使该光电管产生光电流，则b光一定能使该光电管产生光电流。 【答案】D 【名师点睛】要熟练掌握所学公式，明确各个物理量之间的联系．如本题中折射率、临界角、光子能量、最大初动能等都有光的频率有关；对于本题解题的关键是通过图象判定a、b两种单色光谁的频率大，反向截止电压大的则初动能大，初动能大的则频率高，故b光频率高于a 光的．逸出功由金属本身决定。 2．（多选）已知钙和钾的截止频率分别为14 7.7310Hz ?和14 5.4410H ?z，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钾逸出的光电子具有较大的：（） A．波长 B．频率 C．能量 D．动量 【答案】BCD 【解析】根据爱因斯坦光电效应方程得：E k=hγ-W0，又 W0=hγc；联立得：E k=hγ-hγc，据题钙的截止频率比钾的截止频率大，由上式可知：从钾表面逸出的光电子最大初动能较大，

由2 k P mE =，可知钾光电子的动量较大，根据 h P λ= 可知，波长较小，则频率较大．故A 错误，BCD正确．故选BCD． 【名师点睛】解决本题的关键要掌握光电效应方程E k=hγ-W0，明确光电子的动量与动能的关 系、物质波的波长与动量的关系 h P λ= ． 3．用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图所示．则这两种光：（） A．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大 B．从同种玻璃射入空气发生全反射时，b光的临界角大 C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大 D．通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大 【答案】C 【名师点睛】要熟练掌握所学公式，明确各个物理量之间的联系．如本题中折射率、临界角、光子能量、最大初动能等都有光的频率有关。 4．某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2．21 eV，用波长为2．5×10- 7 m的紫外线照射阴极，已知真空中的光速为3．0×108 m/s，元电荷为1．6×10-19 C，普朗克常量为6．63×10-34 J·s。则钾的极限频率是Hz，该光电管发射的光电子的最大初动能是J。（保留二位有效数字） 【答案】5．3×1014 ，4．4×10-19 【解析】（1）根据据逸出功W0=hγ0，得： 19 14 034 2.21 1.610 5.310 6.6310 W Hz h γ - - ?? ===? ? ； （2）根据光电效应方程：E k=hγ-W0…①

光电效应知识题(有答案解析)

黑体辐射和能量子的理解 一、基础知识 1、能量子 (1)普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍．即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．(2)能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.63×10－34 J·s. 2、光子说： (1)定义：爱因斯坦提出的大胆假设。内容是：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s. 二、练习 1、下列可以被电场加速的是( B) A．光子B．光电子C．X射线D．无线电波 2、关于光的本性，下列说法中不正确的是（B ） A．光电效应反映光的粒子性 B．光子的能量由光的强度所决定 C．光子的能量与光的频率成正比 D．光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子

对光电效应实验的理解 一、基础知识（用光电管研究光电效应的规律） 1、常见电路(如图所示) 2、两条线索 (1)通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大． (2)通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大． 3、遏止电压与截止频率 (1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c.

(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极 限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率． (3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功． 二、练习 1、如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极 P，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表 读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零． (1)求此时光电子的最大初动能的大小； (2)求该阴极材料的逸出功． 答案(1)0.6 eV (2)1.9 eV 解析设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为E km，阴极材料逸出功为W0 当反向电压达到U0＝0.60 V以后，具有最大初动能的光电子达不到阳极，因此eU0＝E km 由光电效应方程知E km＝hν－W0 由以上二式得E km＝0.6 eV，W0＝1.9 eV. 2、如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴 极K上时，电路中有光电流，则(说明:右侧为正极) ( ) A．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没 有光电流 B．若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有 光电流 C．增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大

光电效应实验报告书

光电效应测普朗克常量 姓名：梁智健 学院：材料成型及控制工程166班 学号：5901216163 台号：22 时间：2017-10-16 实验教室：309 【实验目的】 1、验证爱因斯坦光电效应方程，并测定普朗克常量h。 2、了解光电效应规律，加深对光的量子性的理解。 3、学会用作图法处理数据。 4、研究光电管的伏安特性及光电特性。 【实验仪器】 1.光电效应测定仪 2.光电管暗箱 3.汞灯灯箱以及汞灯电源箱。 【实验原理】 1、当光照射在物体上时，光的能量只有部分以热的形式被 物体所吸收，而另一部分则转换 为物体中某些电子的能量，使这 些电子逸出物体表面，这种现象 称为光电效应。在光电效应这一 现象中，光显示出它的粒子性， 所以深入观察光电效应现象，对 认识光的本性具有极其重要的意 义。普朗克常数h是1900年普朗克 为了解决黑体辐射能量分布时提 出的“能量子”假设中的一个普

适常数，是基本作用量子，也是粗略地判断一个物理体系是否需要用量子力学来描述的依据。 1905年爱因斯坦为了解释光电效应现象，提出了“光量子”假设，即频率为v 的光子其能量为h v ?。当电子吸收了光子能量h v ?之后，一部分消耗与电子的逸出功W ，另一部分转换为电子的动能212 m v ?，即爱因斯坦光电效应方程 212m hv mv W =+(1) 2、光电效应的实验示意图如图1所示，图中GD 是光电管， K 是光电管阴极，A 为光电管阳 极，G 为微电流计，V 为电压表， E 为电源，R 为滑线变阻器，调 节R 可以得到实验所需要的加 速电位差AK U 。不同的电压AK U ，回路中有不同的电流I 与之对 应，则可以描绘出如图2所示的 AK U -I 伏安特性曲线。 （1）饱和电流的强度与光强成 正比 加速电压AK U 越大，电流I 越大，当AK U 增加到一定值后，电流达到最大值H I ，H I 称为饱和电流，而且H I 的大小只与光强成正比。 （2）遏制电压的大小与照射光的频率成正比 如图3所示，电源E 反向连接，即当加速电压AK U 变为负值时，电流I 会迅速较少，当加速电压AK U 负到一定值Ua 时，电流0I =，这个电压Ua 叫做遏制电压，4所示。 212 a mv e U =?(2)

18届高考物理一轮复习专题光电效应波粒二象性导学案2

光电效应波粒二象性 知识梳理 知识点一、光电效应 1．定义 照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。 2．光电子 光电效应中发射出来的电子。 3．研究光电效应的电路图(如图1)： 图1 其中A是阳极。K是阴极。 4．光电效应规律 (1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应。低于这个频率的光不能产生光电效应。 (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。 (3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s。 (4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。 知识点二、爱因斯坦光电效应方程 1．光子说 在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν。其中h＝6.63×10－34J·s。(称为普朗克常量) 2．逸出功W0 使电子脱离某种金属所做功的最小值。 3．最大初动能 发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。

4．遏止电压与截止频率 (1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c 。 (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。 5．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：E k ＝h ν－W 0。 (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量的一部分用 来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E k ＝12m e v 2。 知识点三、光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。 (2)光电效应说明光具有粒子性。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。 2．物质波 (1)概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波。 (2)物质波 任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝h p ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量。 考点精练 考点一 光电效应现象和光电效应方程的应用 1．对光电效应的四点提醒 (1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。 (2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。 (3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。 (4)光电子不是光子，而是电子。 2．两条对应关系 (1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；

光电效应与光的波粒二象性.pdf

光电效应与光的波粒二象性 说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ 卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟. 第Ⅰ卷（选择题共40分） 一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有 一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不 答的得0分. 1.下列关于光电效应的说法正确的是 （ ） A.若某材料的逸出功是W ，则它的极限频率h W v =0 B.光电子的初速度和照射光的频率成正比 C.光电子的最大初动能和照射光的频率成正比 D.光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大 解析：由光电效应方程k E =hv -W 知，B 、C 错误，D 正确.若k E =0，得极限频率0v =h W ,故A 正确. 答案AD 2.在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是 （ ） A.光的折射现象、偏振现象 B.光的反射现象、干涉现象 C.光的衍射现象、色散现象 D.光电效应现象、康普顿效应 解析：本题考查光的性质. 干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应现象和康普顿效应都是光的粒 子性的表现，D 正确. 答案D 3.关于光的波粒二象性的理解正确的是 （ ） A.大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性 B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子 C.高频光是粒子，低频光是波 D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著 解析：根据光的波粒二象性知，A 、D 正确，B 、C 错误. 答案AD 4.当具有 5.0 eV 能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初 动能是1.5 eV.为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为 （ ） A.1.5 eV B.3.5 eV C.5.0 eV D.6.5 eV 解析：本题考查光电效应方程及逸出功. 由W hv E k ?= 得W =hv -k E =5.0 eV-1.5 eV=3.5 eV 则入射光的最低能量为h min v =W =3.5 eV

大物实验报告 光电效应

试验名称:光电效应法测普朗克常量h 实验目的:是了解光电效应的基本规律。并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的 光电特性曲线。 实验原理 光电效应实验原理如图8.2.1-1所示。其中S 为真空光电管，K 为阴极，A 为阳极。当无光照射阴极时，由于阳极与阴极是断路，所以检流计G 中无电流流过，当用一波长比较短的单色光照射到阴极K 上时，形成光电流，光电流随加速电位差U 变化的伏安特性曲线如图8.2.1-2所示。 1． 光电流与入射光强度的关系 光电流随加速电位差U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值和值I H ，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当U= U A -U K 变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差U a 存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。 2． 光电子的初动能与入射频率之间的关系 当U=U a 时，光电子不再能达到A 极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力作用的功。即 a eU mv =2 2 1 （1） 根据爱因斯坦关于光的本性的假设，每一光子的能量为hv =ε，其中h 为普朗克常量，ν为光波的频率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了光子的能量h ν之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A ，另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知 A mv hv += 22 1 （2） 式（2）称为爱因斯坦光电效应方程。

3． 光电效应有光电存在 实验指出，当光的频率0v v <时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据式（2）， h A v = 0，ν0称为红限。 爱因斯坦光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：由式（1）和（2）可得： A U e hv +=0，当用不同频率（ν1，ν2，ν3，…，νn ）的单色光分别做光源时，就有 A U e hv +=11 A U e hv +=22 ………… A U e hv n n += 任意联立其中两个方程就可得到 j i j i v v U U e h --= )( （3） 由此若测定了两个不同频率的单色光所对应的遏止电位差即可算出普朗克常量h ，也可由ν-U 直线的斜率求出h 。 因此，用光电效应方法测量普朗克常量的关键在于获得单色光、测得光电管的伏安特性曲线和确定遏止电位差值。 实验内容 通过实验了解光电效应的基本规律，并用光电效应法测量普朗克常量。 1． 在577.0nm 、546.1nm 、435.8nm 、404.7nm 四种单色光下分别测出光电管的伏安特性曲线，并根据此曲线确定遏止电位差值，计算普朗克常量h 。 本实验所用仪器有：光电管、单色仪（或滤波片）、水银灯、检流计（或微电流计）、直流电源、直流电压计等. j i j i v v U U e h --= )(,求斜率,得到普朗克常量h. 入射光波长λ/nm 365nm

光电效应与康普顿效应的区别

一、选题的依据、意义和理论或实际应用方面的价值 光电效应和康普顿效应是光学课程最主要的内容之一，在大学本科层次的光学教学中的光学教学中，我们对光的反射、折射现象和成像规律已比较熟悉。但对光的波动性、干涉和衍射现象，还是比较生疏的，理论解释也比较困难，光与物质相互作用的光电效应和康普顿效应更抽象，因此，不易讲解，我们在理解过程中存在一些概念的错误和混淆。光的本质是电磁波，它具有波动的性质。近代物理又证明，光除了具有波动性之外还具有另一方面的性质，即粒子性。光具有粒子性，最好的例证就是著名的“光电效应”和“康普顿效应”。光电效应与康普顿效应研究的都是光子与电子之间的相互作用，都是光具有粒子性的体现，但两者存在重要的不同。光电效应是指电子在光的作用下从金属表面发射出来的现象. 我们把逸出来的电子称为光电子. 而康普顿效应是指在X 射线的散射现象中, 发现散射谱线中除了波长和原射线相同的成分以外, 还有一些波长较长的成分, 两者差值的大小随散射角的大小而改变, 其间有确定关系的这种波长改变的散射. 上述两种效应都牵涉到光子和个别电子的相互作用,用简单的波动理论是是很难解释这些微观世界的相互作用, 这必须用量子概念来解释. 还可以从光的粒子性出发, 谈谈对光电效应和康普顿效应的不同。所以科学家将光信号（或电能）转变成电信号（或电能）的器件叫光电器件。现已有光敏管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏组件、色敏器件、光敏可控硅器件、光耦合器、光电池等光电器件。这些器件已被广泛应用于生产、生活、军事等领域。 二、本课题在国内外的研究现状 光电效应是当光照在金属中时，金属里的表面有电子逸出的现象。而康普顿效应是让光波射入石墨，石墨中的价电子对光进行散射，然而散射光比入射光波长略大，这是由于光子和电子碰撞时将一部分能量转移给电子。这样，光的能量减小，波长便增加。而且如果将光子当做实物粒子的话，计算结果与实验结果符合。这便证明了光子也具有动量。即证明了光的粒子性。两个实验都证明了光的粒子性，下面谈谈光电效应与康普顿效应的区别。 1、观察到的条件不同； 2、对光量子能量的吸收程度不同； 3、能量与动量守恒方式不同； 光不仅具有波动性, 也具有粒子性. 同时我们也可以发现, 质量守恒定律，动量守恒定律、能的转化和守恒定律同样适用于微观物质间的相互作用。 三、课题研究的内容及拟采取的方法 1，光电效应 （1）概念 （2）光电效应的实验规律 2，康普顿效应 （1）概念 （2）康普顿效应实验规律 3，光的波动性不能解释光电效应和康普顿效应 4，用光子理论可以完美的解释光电效应和康普顿效应的本质 （1）观察到的条件不同； （2）对光量子能量的吸收程度不同； （3）能量与动量守恒方式不同； 5，光电效应和康普顿效应的联系与区别 6，光电效应和康普顿效应中的能量守恒与动量守恒 7，发生光电效应与康普顿效应的概率 方法：实验，查书，找资料

(2)光电效应的基本规律

（2）光电效应的基本规律 2012-4-3 命题人：邓老师 学号________. 姓名________. 第Ⅰ卷（选择题） 一．选择题 （请将你认为正确的答案代号填在Ⅱ卷的答题栏中，本题共25小题） 1. 已知某单色光的波长为λ,在真空中的传播速度为c,普朗克常量为h,则该电磁波辐射的能量子的值为（ ） A.hcλ B. c h λ C. λ h D. λhc 2. 在做光电效应实验中,某金属被光照射发生了光电效应,实验测出了光电子的最大初动能E K 与入射光的频率ν的关系如图所示,由实验图像可求出（ ） A.该金属的逸出功 B.该金属的极限频率 C.单位时间内逸出的光电子数 D.普朗克恒量 3. 某金属在一束绿光的照射下发生了光电效应（ ） A.若增加绿光的照射强度,则单位时间内逸出的光电子数不变 B.若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子最大初动能增加 C.若改用紫光照射,则逸出的光电子的最大初动能增加 D.若改用紫光照射,则单位时间内逸出的光电子数目一定增加 4. 下列说法正确的是（ ） A.光的干涉现象说明光具有粒子性,能发生光电效应现象说明光有波动性 B.电磁波谱中波长最长的γ射线,波长最短的是无线电波 C.光子具有波粒二象性,实物粒子只具有粒子性,不具有波动性 D.通常说光波是一种概率波,意思是光子在空间分布的概率是受波动规律支配的 5. 表1给出了各色光在真空中的波长和频率，表2给出了几种金属的极限频率υ0和极限波长λ0，请你判断下列说法正确的是（ ） 表1 A.用黄光和绿光照射金属钾表面时都能发生光电效应 B.用绿光照射钾发射出的某光电子P 与用紫光照射钾发射出的某光电子Q 相比，P 的动能一定小于Q 的动 能 C.黄光能使表中的4种金属发生光电效应 D.用蓝光照射铯和钾时，发射出光电子的最大初动能分别为E k 1和E k2，E k 1一定大于E k 2 6. 一束细平行光经过玻璃三棱镜后分解为互相分离的三束光(如图所示),分别照射到相同的金属板a 、b 、c 上,如图所示,已知金属板b 有光电子放出,则可知（ ） A.板a 一定不放出光电子 B.板a 一定放出光电子 C.板c 一定不放出光电子 D.板c 一定放出光电子 7. 某单色光从真空射入某介质时（ ） A.波长变长,速度变小,光量子能量变小 B.波长变长,速度变大,光量子能量不变 C.波长变短,速度变小,光量子能量不变 D.波长变短,速度变小,光量子能量变大 8. 分别用波长为λ和 34 λ的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为1:2,以h 表示普朗克 常量,c 表示真空中的光速,则此金属板的逸出功为（ ） a c b

第十三章第三节 光电效应 波粒二象性

第三节光电效应波粒二象性 [学生用书P243]) 一、黑体和黑体辐射 任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领．辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布．这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射．为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体，以此作为热辐射研究的标准物体． 二、光电效应 1．定义：在光的照射下从物体发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)． 2．产生条件：入射光的频率大于极限频率． 3．光电效应规律 (1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多． (2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应． (3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9 s. 1.判断正误 (1)我们周围的一切物体都在辐射电磁波．() (2)光子和光电子都是实物粒子．() (3)能否发生光电效应取决于光的强度．() (4)光电效应说明了光具有粒子性，证明光的波动说是错误的．() (5)光电子的最大初动能与入射光的频率有关．() (6)逸出功的大小与入射光无关．() 答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√ 三、光电效应方程 1．基本物理量 (1)光子的能量ε＝hν，其中h＝6.626×10－34 J·s(称为普朗克常量)． (2)逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值． (3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸

光电效应与康普顿效应

光电效应与康普顿效应 专业：机械设计制造及其自动化学号：5901108267 姓名：李庆 摘要 本文对光电效应和康普顿效应进行了简单介绍，分别对光电效应和日康普顿效应的基本原理和其实验类推法进行了简单的概述，介绍了爱因斯坦光电方程和用X 射线投射石墨实验。同时本文对光电效应和康普顿效应的相同之处和不同之处进行了分析。两者的物理本质相同，但是两者观测的条件和对光量子能量的吸收程度不同，两者在过程中产生的粒子也不同。 关键词：光电效应；康普顿效应；爱因斯坦光电方程；光电子；散射 Photoelectric effect and Compton effect Abstract This article has carried on the simple introduction to the photoelectric effect and the Compton effect respectively, of the photoelectric effect and Compton effect on the basic principles and its experimental analogy method a simple overview describes the Einstein photoelectric equation and use X-ray projection of graphite experiments. And on the photoelectric effect and Compton effect of the similarities and differences were analyzed. The physical nature of both the same, but the two observation conditions and the optical absorption of quantum energy in varying degrees, both in the process produced particles are also different. Keyword:photoelectric effect; Compton effect; Einstein's photoelectric equation; optoelectronics; scattering

内光电效应

内光电效应 当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类：（1）光电导效应在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。过程：当光照射到半导体材料上时，价带中的电子受到能量大于或等于禁带宽度的光子轰击，并使其由价带越过禁带跃入导带，如图，使材料中导带内的电子和价带内的空穴浓度增加，从而使电导率变大。为了实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电导材料的禁带宽度Eg，即 式中ν、λ分别为入射光的频率和波长。材料的光导性能决定于禁带宽度， 对于一种光电导材料，总存在一个照射光波长限λ0，只有波长小于λ0的光照射在光电导体上，才能产生电子能级间的跃进，从而使光电导体的电导率增加。 （2）光生伏特效应在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极管。①势垒效应（结光电效应）。接触的半导体和PN 结中，当光线照射其接触区域时，便引起光电动势，这就是结光电效应。以PN 结为例，光线照射PN 结时，设光子能量大于禁带宽度Eg，使价带中的电子跃迁到导带，而产生电子空穴对，在阻挡层内电场的作用下，被光激发的电子移向N 区外侧，被光激发的空穴移向P 区外侧，从而使P 区带正电，N 区带负电，形成光电动势。②侧向光电效应。当半导体光电器件受光照不均匀时，有载流子浓度梯度将会产生侧向光电效应。当光照部分吸收入射光子的能量产生电子空穴对时，光照

光电效应 物理实验报告

光电效应 实验目得： (1)了解光电效应得规律，加深对光得量子性得理解 (2)测量普朗克常量h。 实验仪器： ZKY-GD-4 光电效应实验仪 1 微电流放大器 2 光电管工作电源 3 光电管 4 滤色片 5 汞灯 实验原理： 原理图如右图所示：入射光照射到光电管阴极K上，产生 得光电子在电场得作用下向阳极A迁移形成光电流。改变外加 电压V AK，测量出光电流I得大小，即可得出光电管得伏安特 性曲线。 1）对于某一频率，光电效应I-V AK关系如图所示。从图 中可见，对于一定频率，有一电压V0，当V AK≤V0时，电流为 0，这个电压V0叫做截止电压。 2)当V AK≥V0后，电流I迅速增大，然后趋于饱与，饱与 光电流IM得大小与入射光得强度成正比。 3）对于不同频率得光来说，其截止频率得数值不同，如右图： 4) 对于截止频率V0与频率得关系图如下所示。V0与成正比关系。当入射光得频率 低于某极限值时，不论发光强度如何大、照射 时间如何长，都没有光电流产生。 5）光电流效应就是瞬时效应。即使 光电流 得发光强度非常微弱，只要频率大于，在开始照射后立即就要光电子产生，所经过得时间之多为10-9s得数量级。 实验内容及测量： 1 将4mm得光阑及365nm得滤光片祖昂在光电管暗箱光输入口上，打开汞灯遮光盖。从低到高调节电压（绝对值减小），观察电流值得变化，寻找电流为零时对应得V AK值，以其绝对值作为该波长对应得值，测量数据如下： 波长/nm 365 404、7 435、8 546、1 577 频率8、214 7、408 6、897 5、49 5、196

/ 截止电压/V 1、679 1、335 1、107 0、557 0、434 频率与截止电压得变化关系如图所示： 由图可知：直线得方程就是:y=0、4098x-1、6988 所以: h/e=0、4098×, 当y=0，即时，，即该金属得截 止频率为。也就就是说，如果入射光如果频率低于上值时，不管光强多大 也不能产生光电流；频率高于上值，就可以产生光电流。 根据线性回归理论： 可得：k=0、40975，与EXCEL给出得直线斜率相同。 我们知道普朗克常量, 所以，相对误差： 2 测量光电管得伏安特性曲线 1）用435、8nm得滤色片与4mm得光阑 实验数据如下表所示： 435、8nm 4mm光阑 I-V AK得关系 V AK I V AK I V AK I V AK I V AK I V AK I 0、040 1、9 0、858 4、2 2、300 9、3 6、600 19、5 12、000 27、3 22、000 35、8 0、089 2、1 0、935 4、4 2、500 10 6、800 19、9 12、500 27、7 22、700 36、2 0、151 2、3 1、096 4、9 2、700 10、6 7、200 20、5 13、000 28、3 24、100 37 0、211 2、4 1、208 5、3 2、900 11、1 7、800 21、5 14、200 29、4 25、700 37、9 0、340 2、7 1、325 5、6 3、200 12 8、700 23 15、000 30、1 26、800 38、3 0、395 2、9 1、468 6、1 3、800 13、9 9、100 23、6 16、100 31、1 27、500 38、7 0、470 3、1 1、637 6、7 4、200 14、8 9、800 24、6 16、600 31、6 29、500 39、5