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学而优教有方
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第2节光电效应
【知识梳理与方法突破】
一、光电效应及其实验规律
1.光电效应中的几组概念的理解
两组对比概念
说明
光子
光电子
光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果
光电子的初动能
光电子的最大初动能
光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能
光子的能量
入射光的强度
光子的能量即每个光子的能量，其值为ε=hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定。入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间照射到金属表面单位面积上内光子能量与入射光子数的乘积
光电流
饱和电流
金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流增大，但光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和电流，在一定的光照条件下，饱和电流与所加电压大小无关
光的强度
饱和电流
饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和电流与入射光强度之间没有简单的正比关系
2.光电效应的实验规律
（1）发生光电效应时，入射光越强，饱和电流越大，即入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
（2）光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关。入射光的频率越高，光电子的最大初动能越大，但最大初动能与频率不成正比。
（3）每一种金属都有一个截止频率（或极限频率）νc，入射光的频率必须大于νc才能发生光电效应。频率低于
（4）光电效应具有瞬时性。
3.光电效应与经典电磁理论的矛盾
项目
经典电磁理论
光电效应实验结果
矛盾1
按照光的经典电磁理论，不论入射光的频率是多少，只要光强足够强，总可以使电子获得足够的能量从而发生光电效应
如果光的频率小于金属的极限频率，无论光强多大，都不会发生光电效应
矛盾2
光越强，电子可获得更多的能量，光电子的最大初动能也应该越大，所以遏止电压与光强有关
遏止电压与光强无关，与频率有关
矛盾3
光越强时，电子能量积累的时间就短，光越弱时，能量积累的时间就长
当入射光照射到光电管的阴极时，无论光强怎样微弱，几乎在一开始就产生了光电子
【例1】光伏电池是利用半导体材料的光电效应将太阳光能直接转换为电能的一种非机械装置。研究光电效应的电路图如图所示，下列有关分析正确的是（）
A．发生光电效应时，入射光的强度越大遏止电压越高
B．发生光电效应时，入射光的频率越高饱和光电流一定越大
C．用不同颜色的光照射阴极K，发生光电效应时电流表的示数可能相同
D．若电流表的示数为0，则说明入射光的频率小于或等于阴极材料的截止频率
【答案】C
【详解】AB．由可知入射光的频率越高，遏止电压越高，但饱和光电流不一定越大，饱和光电流还和入射光的强度有关，故AB错误；
C．用不同颜色的光照射阴极K，只要单位时间内产生的光电子数目相同，则电流表的示数相同，故C正确；
D．电流表的示数为0，可能是反向电压遏止光电流的产生，故D错误。故选C。
【针对训练1】研究光电效应电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板（阴极K），钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压的关系图象中，正确的是（）
A． B．
C． D．
【答案】C
【详解】遏止电压不会随光的强弱而变化，光的强弱会影响饱和电流的大小，光照越强，饱和电流越大；故C正确，ABD错误。故选C。
二、光电效应方程的理解和应用
1.光电效应方程Ek
（1）方程中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～
（2）光电效应方程实质上是能量守恒方程。能量为E=hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能。如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为E
（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
2.光电效应几种图像的对比
图像名称
图线形状
由图线直接（间接）得到的物理量
最大初动能Ek
①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν
②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0
颜色相同、强度不同
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