山东省长岛县长岛中学 265800
现行高中课本是将锌板与验电器用导线连接，用细砂纸打磨锌板表面。把丝绸摩擦过的玻璃棒放在锌板附近，用紫外线灯照射锌板引导学生分析得出光电效应的现象，但是这个实验如果按照课本上的装置进行效果很不理想，因为紫外线照射锌板飞出电子时锌板带正电，在锌板附近形成电场又将电子吸附回去。锌板电势升到很小的值就使逸出和返回的电子达到动态平衡，很难使验电器指针明显地张开。因此，多年的教学经验告诉我们用电效应演示仪很好地解决了这一问题。在黑板上画一示意图，如图所示。S为抽成真空的光电管，C是石英窗口，光线可通过它照射到金属板K上，金属板A和K组成一对电极与外部电路相连接。光源为白炽灯，在光源和石英窗口C之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节。
观察现象一：
在没有光照射K时，电压表有示数，电流表没有示数，说明什么？明确：AK之间有电场存在，但没有光电子逸出，说明没有发生光电效应．提出问题：要发生光电效应，是不是用任何频率的光线照射都行？是不是弱光线不行，只要光的强度足够大就行？是不是只要有足够大的电场电压就行？
观察现象二：
保持AK间电压一定，灯泡亮度一定，在窗口C前依次放上红色、橙色、绿色滤光片，观察到红光照射金属板K时没有光电流，橙光和绿光照射时有光电流。用红光照射时改变入射光的亮度和改变电场电压都不发生光电效应。让学生考虑原因。结论一：入射光线的频率大于等于该金属的极限频率0才能产生光电效应。
观察现象三：
逐渐减小KA间的正向电压，直到电压为零时，电流表仍有示数，说明光电流依然存在。如果在KA间加一反向电压，则光电流变小，增大反向电压，使光电流刚好为零。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆提出问题；为什么KA间没有电场，仍然有光电流？也就是说仍然有光电子从K极板飞向A极板呢？在KA间加反向电压，光电子在电场中受力方向如何？电场力对光电子做正功还是负功？光电子克服电场力做功和它的动能变化关系如何呢？根据学生回答的问题引导分析：KA间没有电场仍有光电流说明光线照射金属板逸出的光电子具有一定的动能，一部分光电子可以到达极板A形成光电流。金属中的电子吸收光的能量获得动能，只有达到某一U就可以求出光电子的最大初动能。保持反向电压和入射光的频率不变，调亮灯泡，发现光电流仍然为零。此时将入射光的频率增大，发现光电流增大，不再为零。结论二：光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率增大而增大。提出问题：入射光亮度高不就是能量大吗，金属中的电子获得的能量大，初动能就应该增大，但为什么只与入射光频率有关而与光强无关呢？解释这一问题：频率一定的光，每个光子的能量为h有关，频率越大的光，光子的能量越大。因此电子吸收了高频率的光子才能获得较大的初动能。只有初动能足够大的光电子才能克服反向电场的阻力到达极板A形成光电流。光的强度大只是光源每秒钟发射出光子的数目多，但如果是频率低的光子，每个光子的能量不大，电子吸收光子获得的能量也就较小。只不过每秒入射的光子数目多，产生光电子的数目多，所以不提高入射光的频率就无法使光电子的最大初动能增大。
观察现象四：
给光电管电极KA间加正向电场，以高于极限频率的光入射，保持电压不变，增加入射光的强度，发现光电流的强度增大。提出问题：入射光的强度大是什么意思？光电流的强度大是什么意思？为什么它们之间有这样的关系？根据学生的回答归纳：入射光频率不变时光的强度大是指每秒钟入射的光子频率一定，数目较多，因此每秒钟飞向极板A的光电子数多，由于到达的电子电量总和多，所以光电流较大。结论三：当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，则光电流的强度与入射光的强度成正比。指出学生中可能存在的疑问：光电流的强度应该与入射光的频率有关。频率高，光电子的最大初动能大，光电子运动得快，光电流大。解释这一问题：如果入射光频率较高但强度不大，则说明每秒钟入射的光子数少。尽管每个光电子初动能较大，但每秒钟到达极板A的光电子电量总和不大，因而也就不能形成较强的光电流。说明：根据前面的实验还可以发现，光线照射金属表面，光电子发射几乎是瞬时的。
波动理论解释不了光电效应。
（1）波动理论解释不了极限频率，认为光的强度由光波的振幅决定，跟频率无关，只要入射光足够强，就应该能发生光电效应。但事实并非如此。（2）波动理论解释不了光电子的最大初动能，只与光的频率有关而与光的强度无关。（3）波动理论还解释不了光电效应发生的时间之短。为什么说光的波动理论无法解释光电效应的规律？从光电效应的发生过程来看，电子吸收入射光能量后才能挣脱原子核的束缚，所以我们应从能量的角度来分析光效应。光的波动理论是这样描述光的能量的：①能量是连续的；②振幅（光强）越大，光能越大，光的能量与频率无关。
实验总结：学习这一节要注意区分一些主要的概念：光的强度、光子的能量、光电子的最大初动能、光电流的强度等。入射光的强度是和光电流的强度联系着的，每秒发射的光子数决定了每秒逸出的光电子数；入射光的频率是和光电子的最大初动能联系着的，每个光子的能量E=hν人类对于自然现象的认识是螺旋式上升的，科学理论是在不断发现新的现象、探索新的规律中发展和完善的。
论文作者:冯真真
论文发表刊物:《素质教育》2017年5月总第236期
论文发表时间:2017/6/28
标签：光电子论文; 频率论文; 电流论文; 入射论文; 光电效应论文; 动能论文; 光子论文; 《素质教育》2017年5月总第236期论文;