光电效应教学问题探讨

(陕西省西安市第八十五中学,陕西 西安 710061)

光电效应是中学物理教学中体现光的粒子性的重要内容，由于本节公式多、相似概念多，故容易造成学生学习中的障碍和困难，下面就相关问题做一阐释和说明。

1 对光电效应方程的理解

(1) 上式中Ekm是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时的动能大小可以是0～Ekm范围内的任何数值。

(2) 光电效应方程表明光电子的最大初动能与入射光的频率ν呈线性关系(注意不是正比关系)，与光强无关。

(3) 逸出功W0——电子从金属中逸出所需要克服束缚而消耗的能量的最小值，叫做金属的逸出功。在光电效应中，从金属表面逸出的电子损失能量最少。对于确定的金属，逸出功是定值，对于不同的金属，一般具有不同的逸出功。

(5) 光电效应方程实质上是能量守恒方程，金属表面电子吸收一个光子的能量，克服金属的逸出功，剩下的能量就是其最大初动能。

2 光子说对光电效应的解释

(1) 饱和光电流与光强的关系：在入射光频率一定的前提下，光越强，包含的光子越多，照射金属时产生的光电子就越多，因而饱和光电流就越大。所以，入射光频率一定时，饱和光电流与光强度成正比。

(2) 遏止电压为加在光电管两端的使光电流减小为零的反向电压，根据动能定理和光电效应方程有：eUc=Ekm=hν-W0，对于确定的金属，W0为定值，ν越大，遏止电压Uc越大。

(3) 光电效应具有瞬时性，电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，所以光电效应几乎是瞬时发生的。

3 典型例题分析

例1：如图1所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图像(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴的交点坐标为0.5)。由图1可知( )。

图1

A. 该金属的截止频率为4.27×1014Hz

B. 该金属的截止频率为5.5×1014Hz

C. 该图线的斜率表示普朗克常量的倒数

D. 该金属的逸出功为0.5eV

解析：根据光电效应方程Ekm=hν-W0可知，图像的斜率表示普朗克常量，

图线与ν轴的交点对应的频率表示截止频率。在Ekm-ν图像中ν=0时对应的Ekm的值为逸出功的负值，易知该金属的逸出功不等于0.5eV，所以A选项正确。

例2：图2甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像，下列说法正确的是( )。

图2

A. 由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大

B. 由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定

C. 只要增大电压，光电流就会一直增大

D. 不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应

解析：入射光频率一定时，光越强，饱和光电流越大，故A选项正确。入射光频率越高，光电子最大初动能越大，遏制电压越大，故B选项正确。入射光一定，光电流存在饱和值，故C选项错误。产生光电效应的条件为：入射光频率必须大于截止频率，与光强无关，故D选项错误。

从以上论述可以看出，对物理知识的深刻理解，才是解决问题的“源头活水”。所以，物理学习的核心就在于对物理概念、规律的深刻理解，并在反复揣摩中建构物理知识，提高分析能力，锤炼思维水平，提升核心素养。