光的粒子性專題解析,複習必看

當光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現象，稱為光電效應。逸出的電子稱為光電子。光電子定向移動形成的電流叫光電流。

1.  存在飽和電流

光照不變，增大UAK，G 表中電流達到某一值後不再增大，即達到飽和值。因為光照條件一定時，K 發射的電子數目一定。

實驗表明：入射光越強，飽和電流越大，單位時間內發射的光電子數越多。

2.  存在遏止電壓和截止頻率

U = 0 時，I ≠ 0，因為電子有初速度,加反向電壓，如圖所示：光電子所受電場力方向與光電子速度方向相反，光電子做減速運動。若

,則I=0，式中 Uc 為遏止電壓。遏止電壓 Uc ：使光電流減小到零的反向電壓

 

光電效應伏安特性曲線

 

實驗表明：對於一定顏色(頻率)的光,   無論光的強弱如何，遏止電壓是一樣的。光的頻率 ν 改變時，遏止電壓也會改變。

光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關，與入射光的強弱無關。截止頻率：對於每種金屬，都有相應確定的截止頻率 νc 。 

當入射光頻率 ν  > νc 時，電子才能逸出金屬表面；

當入射光頻率 ν  < νc 時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。

3.  具有瞬時性

實驗結果：即使入射光的強度非常微弱，只要入射光頻率大於被照金屬的極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉。

更精確的研究推知，光電子發射所經過的時間不超過10-9秒 ( 這個現象一般稱作「光電子的瞬時發射」)。

勒納德等人通過實驗得出以下結論

①對於任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大於這個極限頻率，才能發生光電效應，低於這個頻率就不能發生光電效應；

②當入射光的頻率大於極限頻率時，入射光越強，飽和電流越大；

③光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨著入射光的頻率增大而增大；

④入射光照到金屬上時，光電子的發射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9秒。

逸出功 W0：使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功。

光越強，逸出的電子數越多，光電流也就越大。按照光的電磁理論，可以得到以下結論

①光越強，光電子的初動能應該越大，所以遏止電壓 Uc 應與光的強弱有關。

實驗表明：對於一定顏色(頻率)的光,   無論光的強弱如何，遏止電壓是一樣的。

②不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應存在截止頻率。

③如果光很弱，按經典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量，這個時間遠遠大於10-9s。

以上三個結論都與實驗結果相矛盾的，所以無法用經典的波動理論來解釋光電效應。

光不僅在發射和吸收時以能量為 hν 的微粒形式出現，而且在空間傳播時也是如此。也就是說，頻率為 ν 的光是由大量能量為  ε = hν 的光子組成的粒子流組成的，這些光子沿光的傳播方向以光速 c 運動。

2. 愛因斯坦光電效應方程

在光電效應中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功 W0 ，另一部分變為光電子逸出後的動能 Ek 。由能量守恆可得出：

W0 為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功； Ek 為光電子的最大初動能。　　  

         

3. 光電效應理論的驗證

美國物理學家密立根，花了十年時間做了「光電效應」實驗，結果在 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。

1. 光控繼電器

2. 光電倍增管

光在介質中與物質微粒相互作用，光的傳播方向發生改變的現象叫做光的散射。

在散射線中，除有與入射波長相同的射線外，還有波長比入射波長更長的射線，人們把這種波長變化的現象叫做康普頓效應。

假定X射線光子與電子發生完全彈性碰撞，這種碰撞跟撞球比賽中的兩球碰撞很相似，按照愛因斯坦的光子說，一個X射線光子不僅具有能量E=hν，而且還有動量，如圖7所示，這個光子與靜止的電子發生彈性斜碰，光子把部分能量轉移給了電子，能量由hν減小為hν＇，因此頻率減小，波長增大，同時，光子還使電子獲得一定的動量，這樣就圓滿地解釋了康普頓效應。

光子的動量為：

1. 光電效應實驗的裝置如圖所示，則下面說法中正確的是（    ）

A 用紫外光照射鋅板，驗電器指針會發生偏轉

B 用綠色光照射鋅板，驗電器指針會發生偏轉

C 鋅板帶的是負電荷

D 使驗電器指針發生偏轉的是正電荷

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將擦得很亮的鋅板連接驗電器，用弧光燈照射鋅板（弧光燈發出紫外線），驗電器指針張開一個角度，說明鋅板帶了電，進一步研究表明鋅板帶正電，這說明在紫外光的照射下，鋅板中有一部分自由電子從表面飛出來，鋅板中缺少電子，於是帶正電，A、D選項正確，綠光不能使鋅板發生光電效應。

2. 入射光照射到某金屬表面上發生光電效應，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，那麼（    ）

A、從光照至金屬表面上到發射出光電子之間的時間間隔將明顯增加。

B、逸出的光電子的最大初動能將減小

C、單位時間內從金屬表面逸出的光電子數目將減小

D、有可能不發生光電效應

C 

發生光電效應幾乎是瞬時的，所以A項錯；入射光強度減弱，說明單位時間內的入射光子數目減小；頻率不變，說明光子能量不變，逸出的光電子最大初動能也就不變，選項B錯；入射光子數目減小，逸出的光電子數目也就減少，故C項正確；入射光照射到某金屬上發生光電效應，說明入射光頻率高於這種金屬的極限頻率，一定能發生光電效應，故D項錯。