对光电效应的几点感悟

裴承仁

摘要：《光的粒子性》是人教03版选修3-5第十七章第2节内容，内容涉及光电效应、爱因斯坦光电效应方程、康普顿效应、光子的动量等知识，其中光电效应是高考的高频考点。

关键词：光电效应 感悟 突破

关于光电效应，在上课过程中，我从以下几方面突破，达到了预期效果

一、光电效应中的五组概念

1.光子与光电子

光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电;光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果。

2.光电子的初动能与光电子的最大初动能

（1）光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能。（2）只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光電子的最大初动能。

3.光子的能量与入射光的强度

光子的能量即一个光子的能量，其值为ε=hν（ν为光子的频率），可见光子的能量由光的频率决定。入射光的强度指单位时间内照射到单位面积上的总能量，等于光子能量hν与入射光子数n的乘积，即光强等于nhν。

4.光电流和饱和光电流

金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。

5.光的强度与饱和光电流

饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的。对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。

例1：[多选]在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应。下列说法正确的是（ ）

A.增大入射光的强度，光电流增大B.减小入射光的强度，光电效应现象消失

C.改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D.改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大

[解析] 增大入射光的强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数增加，光电流增大，A项正确。减小入射光的强度，只是光电流减小，光电效应现象是否消失与光的频率有关，而与光的强度无关，B项错误。改用频率小于ν的光照射，但只要光的频率大于极限频率ν0仍然可以发生光电效应，C项错误。由爱因斯坦光电效应方程hν-W逸=mv2得：光频率ν增大，而W逸不变，故光电子的最大初动能变大，D项正确，故本题答案为：AD

规律总结：对光电效应问题的三点提醒

（1）能否发生光电效应与入射光的频率有关。（2）饱和光电流的大小与入射光的强度有关。

（3）光电子的最大初动能与入射光的频率及金属逸出功有关。

二、光电效应方程及其应用

1.光电效应方程Ek=hν-W0的四点理解

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

（2）光电效应方程实质上是能量守恒方程。

①能量为ε=hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能。②如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek=hν-W0。

（3）光电效应方程包含了产生光电效应的条件。

若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek=hν-W0>0，亦即hν>W0，ν>=νc，而νc=恰好是光电效应的截止频率。

（4）Ek­ν曲线。如图所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化曲线。这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率;纵轴上的截距是逸出功的负值;斜率为普朗克常量。

2.光电效应的研究思路

（3）三点提醒：

①能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。②光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。③逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。

参考文献：

[1]李靖.带着学生在研究中学习物理——以“光电效应”一节为例[J].中学物理教学参考，2019，48（07）：45-47.