光电效应、波粒二象性要领.doc

光电效应 波粒二象性 [知识要点] （一）基本概念 （1）光电效应：金属及其化合物在光（包括不可见光）的照射下，释放电子的现象叫做光电效应。 （2）光电子：在光电效应现象中释放出的电子叫做光电子。 （3）光电流：在光电效应现象中释放出的光电子在运动时形成的电流叫做光电流。 （二）光电效应的规律（斯托列托夫） （1）任何一种金属，都有一个极限频率（又叫红限，以0表示），入射光的频率低于这个频率就不能发生光电效应。 （2）光电子的最大初动能（Ekm=）s。 （4）当发生光电效应时，单位时间、单位面积上发射出的光电子数跟入射光的频率无关，跟入射光的强度成正比。 （三）光子说（爱因斯坦） 在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子。 每个光子所具有的能量跟它的频率成正比，写作为或 式中 ——光的频率； ——光的波长； C ——光在真空中的速度； h ——普朗克恒量，等于6.63×10-34J·S。 （四）实验和应用 （1）如图13-10所示，紫外线（或弧光灯的弧光中的紫外线）照射表面洁净的锌板，使锌板释放电子，从而使锌板、验电器带正电、验电器的指针发生偏转。 （2）光电管。如图13-11所示，光电管是光电效应在技术上的一种应用。它可以把光信号转变为电信号。 （五）光的本性的认识 （1）光的本性的认识过程。 17世纪的两种对立学说：牛顿的微粒说——光是实物粒子 惠更斯的波动说——光是机械波 19世纪：麦克斯韦（理论上）、赫兹（实验证实）——光是电磁波、光的波动理论。 爱因斯坦（光子说）、密立根（实验证实）——光是光子、光具有粒子性。 （2）光的波粒二象性。光既具有粒子性又具有波动性，两种相互矛盾的性质在光子身上得到了统一。 光在传播过程中，主要表现为波动性；大量光子表现出来的是波动性。 而当光与物质相互作用时，主要表现为粒子性；少量光子表现出来的是粒子性。 [疑难分析] 1.金属中的电子只能吸收一个光子的能量。 从光开始照射，到释放出光电子的过程非常快，所需时间非常短，金属中的电子吸收一个光子的能量后，立即离开金属表面逸出成为光电子.如果这个电子吸引一个光子的能量后不能逸出成为光电子，那么这一能量就迅速耗散到整个金属板中，所以一个电子只能吸收一个光子的能量，而不能把几个光子的能量积累起来。 2.任何一种金属，都有一个极限频率。 当光照射金属时，电子吸收光子的能量后，首先应克服原子核对它束缚，才可以离开金属表面逸出成为光电子。电子克服金属原子核的引力所做的功，叫做逸出功。不同的金属的逸出功是不同的，所以它们的极限频率也是不同的。逸出功W和极限频率的关系写作： 或 3.爱因斯坦的光电效应方程是根据能量守恒定律得出的。 金属表面的电子从入射光中吸收一个光子的能量hv时（电子吸收光子能量，不是光子与电子发生碰撞），一部分用于电子从金属表面逸出时所做的逸出功W，另一部分转换为光电子的最大初动能。即 或 由此公式可以看出光电子的最大初动能与入射光的频率是线性关系，而不是成正比。如图13-12所示。其中直线在横轴上的截距就是这种材料的极限频率，而此直线的斜率就是普朗克恒量，OB长度表示材料的逸出功。 4.光强的正确概念以及逸出的光电子数与光强的关系。 光强一般是指单位时间内入射到单位面积上光子的总能量。若用n表示每秒钟射到每平方米上的光子数，每个光子的能量为hv，则光强可写作： E光强=n·hv(J/s·m2) 由公式可以看出光强是由光的频率和光子的发射率两个因素决定的，对同一色光来说，光强相等时，光子数当然相等，光强不等时，也就是说光子数不同。对不同色光来说，尽管他们的光强相等，但由于频率不同，每个光子的能量不同，单位时间内入射到单位面积上的光子数也就不同。并且和频率成反比关系。 某单色光使某一金属逸出光电子，是因为大量光子射到金属表布时，所谓“万箭齐发、一箭中的”，按统计规律，金属表面的电子能吸收光子的能量而逸出的光电子数目与入射的光子数成正比。若使这一单色光的强度增大一倍，由于其频率不变，发射的光子数也就增大一倍，那么逸出的光电子数也必然增多一倍。从这个意义上说，单位时间、单位面积上发射出的光电子数跟入射光频率无关，跟入射光强度成正比。 5.光波和机械波的比较。 机械波：其频率由振源决定，在媒质中传播的速度由媒质的物理性质决定，在真空中不能传播。当机械波从一种媒质进入另一种媒质中传播时，频率不变，波速改变波长也相应改变，即 光波：其频率决定于光源，可以在真空中传播，且各种频率的光在真空中传播的速度相同，均为c=3.00×108m/s。但是光在媒质中的传播速度不仅与媒