光 电 效 应
1．产生条件
入射光的频率大于金属的极限频率。
2．光电效应规律
(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应。
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。
(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s。
(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。
1．对光电效应现象的三点说明
(1)光电效应的实质是光现象转化为电现象。
(2)光电效应中的照射光包括可见光和不可见光。
(3)照射光的频率决定着是否发生光电效应及光电子的最大初动能。
2．对光电子的理解
光电子是金属表面受光照射逸出的电子，光电子也是电子，与光子不同，光子的本质是光。
1．用强度和频率都相同的两束紫外线分别照射到两种不同金属的表面上，均可发生光电效应，则下列说法中正确的是( )
A．两束紫外线光子总能量相同
B．从不同的金属表面逸出的光电子的最大初动能相同
C．在单位时间内从不同的金属表面逸出的光电子数相同
D．从不同的金属表面逸出的光电子的最大初动能不同
解析：选ACD 因为紫外线的强度和频率都相同，所以光子总能量相同，A正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，两种金属逸出功不同，所以光电子最大初动能不同，B错误，D正确；由于强度和频率都相同，所以单位时间内从金属表面逸出的光电子数相同，C正确。
光电效应方程
1．基本物理量
(1)光子的能量ε＝hν，其中h＝6.63×10－34 J·s(称为普朗克常量)。
(2)逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值。
(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。
2．光电效应方程
光电子的最大初动能Ek与入射光光子的能量hν和逸出功W0之间的关系：Ek＝hν－W0。
对光电效应规律的解释
对应规律
对规律的产生的解释
存在极限频率νc
电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做功W0，要使入射光子的能量不小于W0，对应的频率νc＝，即极限频率
光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关
电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大
光电效应具有瞬时性
光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程
光较强时饱和电流大
光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大
图13－2－1
2．用图象表示光电效应方程
(1)最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线如图13－2－1。
(2)由图线可以得到的物理量：
①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc。
②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝|－E|＝E。
③普朗克常量：图线的斜率k＝h。
2.如图13－2－2是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象。由图象可知( )
图13－2－2
A．该金属的逸出功等于E
B．该金属的逸出功等于hνc
C．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为E
D．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为
解析：选ABC 由图并结合Ek＝hν－W0，得Ek＝hν－E，故逸出功W0＝E，故选项A对；当Ek＝0时，ν＝νc，故E＝hνc，故选项B对；ν＝2νc时，可得出Ek＝E，故选项C对；当入射光的频率为时，不发生光电效应，故选项D错。
光的波粒二象性
(1)光电效应说明光具有粒子性，同时光还具有波动性，即光具有波粒二象性。
(2)大量光子运动的规律表现出光的波动性，单个光子的运动表现出光的粒子性。
(3)光的波长越长，波动性越明显，越容易看到光的干涉和衍射现象；光的频率越高，粒子性越明显，穿透本领越强。
对光的波粒二象性的理解
光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：
(1)从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。
(2)从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强。
(3)从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。
(4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量E＝hν，光子的动量p＝表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。
(5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子。
3．关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是( )
A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性
B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道
C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的
D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
解析：选ABC 波粒二象性是微观世界特有的规律，不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性，故A正确；由于微观粒子的运动遵守不确定关系，所以运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔发生衍射时，都没有特定的运动轨道，故B正确；波粒二象性适用于微观高速领域故C正确；虽然宏观物体运动形成的德布罗意波的波长太小，很难被观察到，但它仍有波粒二象性，D错。
对光电效应规律的理解
[命题分析] 光电效应现象是光具有粒子性的有力证明，因此光电效应规律是历年高考的重点，题型多为选择题和填空题，难度中等偏下。
[例1] 关于光电效应，下列说法正确的是( )
A．极限频率越大的金属材料逸出功越大
B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
[解析] 由W0＝hνc可知A正确；照射光的频率大于极限频率时才能发生光电效应，故B错；由Ek＝hν－W0可知C错；单位时间内逸出的光电子数与频率无关，决定于入射光的强度，故D错。
[答案] A
[变式训练]
1．(2011·上海高考)用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是( )
A．改用频率更小的紫外线照射
B．改用X射线照射
C．改用强度更大的原紫外线照射
D．延长原紫外线的照射时间
解析：选B 每一种金属对应一个极限频率，低于极限频率的光，无论照射时间有多长，光的强度有多大，都不能使金属产生光电效应，只要照射光的频率大于极限频率，就能产生光电效应。因为X射线的频率高于紫外线的频率，所以改用X射线照射可能发生光电效应，B选项正确。
光电效应方程的应用
[命题分析] 本考点是高考的热点，在高考中经常被考查到，难度中等，且本考点常与原子跃迁的相关知识综合起来进行考查。
[例2] (1)研究光电效应的电路如图13－2－3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。如图13－2－4中的光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是( )
图13－2－3
图13－2－4
(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是________________________。
[解析] 由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和动能定理－eUc＝0－Ek可得Uc＝ν－，遏止电压Uc与入射光的频率有关，与光强无关，故选项A、B错误；由发生光电效应的规律可知，光电流与光的强度有关，光越强，光电流越强，所以选项C正确 ，D错误。
(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，由于光电子在从金属表面逸出过程中，要受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)，所以在光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小减小。
[答案] (1)C (2)减小 光电子从金属表面逸出过程中要受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)
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应用光电效应方程时的注意事项
(1)每种金属都有一个截止频率，光频率大于这个截止频率才能发生光电效应。
(2)截止频率是发生光电效应的最小频率，对应着光的极限波长和金属的逸出功，即hνc＝h＝W0。
(3)应用光电效应方程Ek＝hν－W0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1 eV＝1.6×10－19 J)。
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[变式训练]
2．如图13－2－5所示，当电键S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。
图13－2－5
(1)求此时光电子的最大初动能的大小；
(2)求该阴极材料的逸出功。
解析：设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ek，阴极材料逸出功为W0，当反向电压达到U＝0.60 V以后，具有最大初动能的光电子达不到阳极，因此eU＝Ek
由光电效应方程得：Ek＝hν－W0
由以上两式得：Ek＝0.6 eV，W0＝1.9 eV。
答案：(1)0.6 eV (2)1.9 Ev
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