菊座理化实验室 物理 · 选择性必修三

探究光电效应的规律

光电效应 · 换入射光频率,看电子出不出得来,最大初动能怎么变

入射光频率 6.0×10¹⁴ Hz
最大初动能 待定
光电效应 待定

公式值,不是实测

真空光电管与微安表,一束光照在阴极上,光电子从阴极飞向阳极。

先猜把入射光频率降到截止频率以下,还会有电子逸出吗?

先选一个,再看结论和实验。

结论没有。能不能逸出看频率,跟光强无关。

第 1 镜 · 装置 真空光电管里阴极 K 对着阳极 A,外接微安表,逸出功固定 2.0 eV,还没照光。

第 1 / 5 镜 · 尚未播放
改变条件
频率 f
只换频率,逸出功固定 2.0 eV

设定频率,然后点播放,看阴极有没有电子逸出、微安表指针会不会偏转。

要点 · 记忆点

光电效应
记住这句

能不能逸出看频率,最大初动能 Ek = hf − W,跟光强无关。

光电效应方程

光子把能量 hf 交给一个电子,先付逸出功 W,剩下的变成飞离表面的最大初动能。逸出功取 2.0 eV,对应的截止频率 f₀ = W/h ≈ 4.84×10¹⁴ Hz。

截止频率是分界线

频率低于 f₀,单个光子的能量不够付逸出功,光再强、照再久也没有电子出来。4.0×10¹⁴ Hz 就在这条线下面。

遏止电压 Uc

反向电压加到 Uc,连动能最大的电子也到不了阳极,光电流降为零,这时 eUc = Ek。Ek 用电子伏计时,Uc 的数值和它一样,单位换成伏。

光强只管数量

光强变大,只是单位时间内到达的光子更多,每个光子的能量 hf 没变。逸出的电子变多,最大初动能不变。

易错能量攒不起来:一个电子一次只吸收一个光子,所以频率不够的光照多久都不会有光电子。

观察什么

换频率

4.0 档低于截止频率,阴极没有电子逸出,微安表指针不动;5.0、6.0、7.0 三档都有电子飞向阳极,指针偏转。

读读数

最大初动能依次是 0.07、0.48、0.90 eV,遏止电压的数值与它相同,单位换成伏。

看趋势

频率每加 1.0×10¹⁴ Hz,Ek 增加约 0.41 eV。用 0.41 eV 除以 1.0×10¹⁴ Hz,得约 4.1×10⁻¹⁵ eV·s,这才是普朗克常量 h。

这个实验在说明什么

这页要回答的是光能不能把电子打出来,取决于什么。四档频率里 4.0×10¹⁴ Hz 落在截止频率之下,阴极没有电子逸出,微安表指针不动;往上三档都有电子飞向阳极。

只换入射光频率,逸出功固定 2.0 eV,能不能逸出、出来时带多少动能,就只由 hf 减去 W 决定。光强在这页不参与判断,它只改单位时间内到达的光子数,最大初动能不变。

公式里的 W 取 2.0 eV,截止频率约 4.84×10¹⁴ Hz,都是设定值,Ek 与 Uc 是公式值,Uc 的数值和 Ek 一样、只把单位换成伏。一个电子一次只吸收一个光子,频率不够的光,照再久也不会有光电子。

逸出功 2.0 eV、h 取 4.136×10⁻¹⁵ eV·s 和四档频率都是设定值,Ek 与 Uc 按 Ek = hf − W 算得,是公式值,不是实测。教材:人教社电子课本 · 物理选必三。

讲给家长听

合上这一页,说说光电效应里光强改变什么、不改变什么。

卡住了?看一眼

光强只改变逸出电子的数目,不改变最大初动能。