第三章 · 第一节
光电效应
光子说 · 极限频率 · 爱因斯坦光电效应方程

📖 知识点学习

🎯 学习目标

  • 了解光电效应现象及其规律
  • 理解光子说和光子能量公式
  • 掌握爱因斯坦光电效应方程
  • 理解极限频率与逸出功的概念
知识点一:光电效应现象
光电效应
在光的照射下金属表面发射电子(光电子)的现象。光电效应说明光具有粒子性
光电效应的规律
  • 存在极限频率 ν₀,低于极限频率不能发生光电效应
  • 光电子的最大初动能与光的频率有关,与光强无关
  • 光强只影响单位时间内逸出的光电子数
  • 光电效应几乎是瞬时发生的
知识点二:光子说与光子能量
光子说(爱因斯坦)
光是一份份的光子流,每个光子能量 E = hν,其中 h 为普朗克常量(6.63×10⁻³⁴ J·s),ν 为光的频率。
光子能量
E
E=hν
J / eV
普朗克常量
h
6.63×10⁻³⁴
J·s
逸出功
W
W=hν₀
eV
知识点三:爱因斯坦光电效应方程
光电效应方程
Ek = hν - W,光子能量 hν 减去金属的逸出功 W,等于光电子的最大初动能 Ek。当 hν=W 时 Ek=0,对应极限频率 ν₀=W/h。
极限频率与逸出功
  • 极限频率 ν₀:恰能发生光电效应的最小频率
  • 逸出功 W:电子逸出金属表面所需最小能量
  • 关系:W = hν₀
  • 不同金属逸出功不同,极限频率也不同

🎬 动画讲解

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🧪 互动实验:光电效应模拟

💡 调节光的频率,观察是否发生光电效应及光电子动能
⚙️ 实验参数
光子能量 hν2.07 eV
逸出功 W2.30 eV
最大初动能0 eV
是否发生
📋 实验结论
当光的频率高于极限频率(hν>W)时才能发生光电效应。频率越高,光电子最大初动能越大。光强只影响光电子数量,不影响最大初动能。

📝 例题精讲

💡 提示:点击「下一步」按钮,逐步查看详细解题过程
例题 1光电效应判断
某金属逸出功 W=2.5eV,用波长 400nm 的光照射,能否发生光电效应?(h=6.63×10⁻³⁴ J·s,c=3×10⁸ m/s)
🔍 解题过程
1光子能量 E=hν=hc/λ=6.63×10⁻³⁴J·s×3×10⁸m/s/(400×10⁻⁹m)=4.97×10⁻¹⁹J=3.1eV。
2E=3.1eV > W=2.5eV,能发生光电效应。最大初动能 Eₖ=E-W=3.1eV-2.5eV=0.6eV。
✅ 能发生光电效应,最大初动能约 0.6eV。
例题 2Ek-ν图线分析
用不同频率光照射同一金属,测得Ek-ν图线为直线,其斜率和横截距分别表示什么?
🔍 解题过程
1由光电效应方程 Eₖ=hν-W,Ek-ν图线为直线,斜率 k=h(普朗克常量)。
2横截距 ν₀=W/h(极限频率),纵截距为 -W(逸出功的负值)。
✅ 斜率为普朗克常量h,横截距为极限频率ν₀,纵截距为-W。

🚀 拓展提升

经典波动理论无法解释光电效应

经典波动理论认为光的能量与振幅(光强)有关,无法解释极限频率的存在,也无法解释光电效应的瞬时性。爱因斯坦光子说成功解释了这些规律。

密立根实验

密立根通过精密实验测定了不同金属的 Ek-ν 图线,验证了爱因斯坦光电效应方程,并精确测定了普朗克常量 h 的值。

光电效应的应用

  • 光电管:光控开关、自动门
  • 太阳能电池:光能转化为电能
  • 光电倍增管:微弱光信号检测
  • CCD/CMOS图像传感器:数码相机

✏️ 练习巩固

💡 提示:每道题作答后会立即显示解析,请认真思考后再作答
第 1 题★☆☆ 基础
光电效应现象说明光具有什么性?
A波动性
B粒子性
C电磁性
D连续性
第 2 题★☆☆ 基础
光子的能量公式为?
AE=mc²
BE=hν
CE=½mv²
DE=kT
第 3 题★★☆ 巩固
光电子的最大初动能与什么有关?
A光的强度
B光的频率
C照射时间
D光的波长
第 4 题★★☆ 巩固
爱因斯坦光电效应方程为?
AEₖ=hν
BEₖ=hν-W
CEₖ=W-hν
DEₖ=hν+W
第 5 题★★★ 拓展
金属逸出功W=hν₀中,ν₀是什么频率?(两个字)

🧠 知识点问答

老师来考考你!下面的问题都来自本节课的知识点,看看你掌握了多少。每次点击"再考一次"题目顺序都会随机打乱哦!
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课程完成!

恭喜你完成了「光电效应」的学习!

📌 核心要点:
① 光电效应说明光具有粒子性
② 光子能量 E=hν(h=6.63×10⁻³⁴ J·s)
③ 光电效应方程 Eₖ=hν-W
④ 极限频率 ν₀=W/h,低于此频率不发生
⑤ 最大初动能与频率有关,与光强无关