光電效應(yīng)教學(xué)問(wèn)題探討

(陜西省西安市第八十五中學(xué),陜西 西安 710061)

光電效應(yīng)是中學(xué)物理教學(xué)中體現(xiàn)光的粒子性的重要內(nèi)容，由于本節(jié)公式多、相似概念多，故容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)中的障礙和困難，下面就相關(guān)問(wèn)題做一闡釋和說(shuō)明。

1 對(duì)光電效應(yīng)方程的理解

(1) 上式中Ekm是光電子的最大初動(dòng)能，就某個(gè)光電子而言，其離開(kāi)金屬時(shí)的動(dòng)能大小可以是0～Ekm范圍內(nèi)的任何數(shù)值。

(2) 光電效應(yīng)方程表明光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率ν呈線性關(guān)系(注意不是正比關(guān)系)，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。

(3) 逸出功W0——電子從金屬中逸出所需要克服束縛而消耗的能量的最小值，叫做金屬的逸出功。在光電效應(yīng)中，從金屬表面逸出的電子損失能量最少。對(duì)于確定的金屬，逸出功是定值，對(duì)于不同的金屬，一般具有不同的逸出功。

(5) 光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程，金屬表面電子吸收一個(gè)光子的能量，克服金屬的逸出功，剩下的能量就是其最大初動(dòng)能。

2 光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋

(1) 飽和光電流與光強(qiáng)的關(guān)系：在入射光頻率一定的前提下，光越強(qiáng)，包含的光子越多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子就越多，因而飽和光電流就越大。所以，入射光頻率一定時(shí)，飽和光電流與光強(qiáng)度成正比。

(2) 遏止電壓為加在光電管兩端的使光電流減小為零的反向電壓，根據(jù)動(dòng)能定理和光電效應(yīng)方程有：eUc=Ekm=hν-W0，對(duì)于確定的金屬，W0為定值，ν越大，遏止電壓Uc越大。

(3) 光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性，電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，所以光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。

3 典型例題分析

例1：如圖1所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖像(直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為4.27，與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為0.5)。由圖1可知( )。

圖1

A. 該金屬的截止頻率為4.27×1014Hz

B. 該金屬的截止頻率為5.5×1014Hz

C. 該圖線的斜率表示普朗克常量的倒數(shù)

D. 該金屬的逸出功為0.5eV

解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0可知，圖像的斜率表示普朗克常量，

圖線與ν軸的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率表示截止頻率。在Ekm-ν圖像中ν=0時(shí)對(duì)應(yīng)的Ekm的值為逸出功的負(fù)值，易知該金屬的逸出功不等于0.5eV，所以A選項(xiàng)正確。

例2：圖2甲是光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖，圖乙是光電流與加在陰極K和陽(yáng)極A上的電壓的關(guān)系圖像，下列說(shuō)法正確的是( )。

圖2

A. 由圖線①、③可知在光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大

B. 由圖線①、②、③可知對(duì)某種確定的金屬來(lái)說(shuō)，其遏止電壓只由入射光的頻率決定

C. 只要增大電壓，光電流就會(huì)一直增大

D. 不論哪種顏色的入射光，只要光足夠強(qiáng)，就能發(fā)生光電效應(yīng)

解析：入射光頻率一定時(shí)，光越強(qiáng)，飽和光電流越大，故A選項(xiàng)正確。入射光頻率越高，光電子最大初動(dòng)能越大，遏制電壓越大，故B選項(xiàng)正確。入射光一定，光電流存在飽和值，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤。產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件為：入射光頻率必須大于截止頻率，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。

從以上論述可以看出，對(duì)物理知識(shí)的深刻理解，才是解決問(wèn)題的“源頭活水”。所以，物理學(xué)習(xí)的核心就在于對(duì)物理概念、規(guī)律的深刻理解，并在反復(fù)揣摩中建構(gòu)物理知識(shí)，提高分析能力，錘煉思維水平，提升核心素養(yǎng)。