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高中物理光电效应知识点总结

1、光电效应

如图1所示，用弧光灯照射锌板，与锌板相连的验电器就带正电，

即锌板也带正电这说明锌板在光的照射下发射出了电子。

图1

（1）定义：在光的照射下物体发射出电子的现象，叫做光电效

应，发射出来的电子叫做光电子。

（2）研究光电效应的实验装置（如图2所示）阴极K和阳极A

是密封在真空玻璃管中的两个电极，K在受到光照时能够发射光电子，

电源加在K与A之间的电压大小可以调整，正负极也可以对调。

图2

2、光电效应的规律

（1）光电效应的实验结果

首先在入射光的强度与频率不变的情况下，I－U的实验曲线如

图3所示，曲线表明，当加速电压U增加到一定值时，光电流达到饱

和值Im。这是因为单位时间内从阴极K射出的光电子全部到达阳极A，

若单位时间内从阴极K上逸出的光电子数目为n，则饱和电流Im=ne

式中e为电子电荷量，另一方面，当电压U减小到零，并开始反向时，

光电流并没降为零，这就表明从阴极K逸出的光电子具有初动能，所

以尽管有电场阻碍它运动，仍有部分光电子到达阳极A，但是当反向

电压等于－Uc时，就能阻止所有的光电子飞向阳极A，使光电流降为

零，这个电压叫遏止电压，它使具有最大初速度的电子也不能到达阳

极A，如果不考虑在测量遏止电压时回路中的接触电势差，那么我们

就能根据遏止电压－Uc来确定电子的最大速度vm和最大动能，即

图3

在用相同频率不同强度的光去照射阴极K时，得到的I－U曲线

如图4所示，它显示出对于不同强度的光，Uc是相同的，这说明同

频率、不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的。

此外，用不同频率的光去照射阴极K时，实验结果是：频率愈高，

Uc愈大，如图5，并且与Uc成线性关系，如图6。频率低于ν0的

光，不论强度多大，都不能产生光电子，因此，ν0称为截止频率，

对于不同的材料，截止频率不同。

（2）光电效应的实验规律

①饱和电流Im的大小与入射光的强度成正比，也就是单位时间

内逸出的光电子数目与入射光的强度成正比（见图4）。

②光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光线的强度无关（见

图4，图中I01、I02、I03表示入射光强度），而只与入射光的频率

有关，频率越高，光电子的初动能就越大（见图5）。

③频率低于ν0的入射光，无论光的强度多大，照射时间多长，

都不能使光电子逸出。④光的照射和光电子的逸出几乎是同时的，在

测量的精度范围内（＜10－9s）观察不出这两者间存在滞后现象。

3、光电效应解释中的疑难

（1）逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W0表示，

不同金属的逸出功不同。

（2）光电效应与光的电磁理论的矛盾。

矛盾之一：光的能量与频率有关，而不像波动理论中应由振幅决

定，按光的波动理论，不论光的频率如何，只要照射时间足够长或光

的强度足够大就可以产生光电效应，但实验结果表明：产生光电效应

的条件却是入射光频率大于某一极限频率，且光电效应的最大初动能

与入射光频率成线性关系，均与光强度无关。根据能量的观点，电子

要从物体中飞出，必须使之具有一定的能量，而这一能量只能来源于

照射光，为什么实验表明发射电子的能量与照射光的光强度无关，而

与光的频率有关？这个问题曾使物理界大为困惑，使经典的光的波动

理论面临挑战。

矛盾之二：光电效应产生的时间极短，电子吸收光的能量是瞬时

完成的，而不像波动理论所预计的那样可能逐渐积累。