光電效應教學問題探討

(陜西省西安市第八十五中學,陜西 西安 710061)

光電效應是中學物理教學中體現光的粒子性的重要內容，由于本節公式多、相似概念多，故容易造成學生學習中的障礙和困難，下面就相關問題做一闡釋和說明。

1 對光電效應方程的理解

(1) 上式中Ekm是光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時的動能大小可以是0～Ekm范圍內的任何數值。

(2) 光電效應方程表明光電子的最大初動能與入射光的頻率ν呈線性關系(注意不是正比關系)，與光強無關。

(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。在光電效應中，從金屬表面逸出的電子損失能量最少。對于確定的金屬，逸出功是定值，對于不同的金屬，一般具有不同的逸出功。

(5) 光電效應方程實質上是能量守恒方程，金屬表面電子吸收一個光子的能量，克服金屬的逸出功，剩下的能量就是其最大初動能。

2 光子說對光電效應的解釋

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

(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，根據動能定理和光電效應方程有：eUc=Ekm=hν-W0，對于確定的金屬，W0為定值，ν越大，遏止電壓Uc越大。

(3) 光電效應具有瞬時性，電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，所以光電效應幾乎是瞬時發生的。

3 典型例題分析

例1：如圖1所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖像(直線與橫軸的交點坐標為4.27，與縱軸的交點坐標為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

D. 該金屬的逸出功為0.5eV

解析：根據光電效應方程Ekm=hν-W0可知，圖像的斜率表示普朗克常量，

圖線與ν軸的交點對應的頻率表示截止頻率。在Ekm-ν圖像中ν=0時對應的Ekm的值為逸出功的負值，易知該金屬的逸出功不等于0.5eV，所以A選項正確。

例2：圖2甲是光電效應的實驗裝置圖，圖乙是光電流與加在陰極K和陽極A上的電壓的關系圖像，下列說法正確的是( )。

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，飽和電流越大

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

C. 只要增大電壓，光電流就會一直增大

D. 不論哪種顏色的入射光，只要光足夠強，就能發生光電效應

解析：入射光頻率一定時，光越強，飽和光電流越大，故A選項正確。入射光頻率越高，光電子最大初動能越大，遏制電壓越大，故B選項正確。入射光一定，光電流存在飽和值，故C選項錯誤。產生光電效應的條件為：入射光頻率必須大于截止頻率，與光強無關，故D選項錯誤。

從以上論述可以看出，對物理知識的深刻理解，才是解決問題的“源頭活水”。所以，物理學習的核心就在于對物理概念、規律的深刻理解，并在反復揣摩中建構物理知識，提高分析能力，錘煉思維水平，提升核心素養。