师：同学们，今天我们一起来学习高二物理选择性必修第三册中的光电效应。本节课的学习目标有两个：一是知道光电子及光电效应现象；二是掌握光电效应规律。在生活中，光电效应应用广泛，像太阳能电池、光敏电阻器、光电耦合器等都是其应用实例。那什么是光电效应？它又存在着怎样的规律呢？这就是我们本节课要学习的内容。
早在19世纪80年代，人们发现某些金属材料在光照射下会带电。比如把一块锌板连接在验电器上，使锌板带上负电，验电器的箔片张开。用紫外线灯照射锌板，会观察到验电器金属箔片的张角变小，这说明锌板所带负电荷变少了。后来人们明白，这是由于锌板在紫外线照射下发射电子的缘故。这种金属在光照射下发射电子的现象称为光电效应，发射出来的电子称为光电子。这看似简单的现象，却引发了物理学思想的一次飞跃，也促成了光电技术在各个领域的广泛应用。
光电管就是利用光电效应制成的常见光电器件，它能把光信号转变成电信号。光电管主要由密封在真空玻璃壳内的阴极和阳极组成，其阴极表面通常涂有碱金属，如锂、铯等。碱金属对电子束缚能力弱，所以在光照射下比较容易发射电子。将光电管的阴极与电源负极相连，阳极与电源正极相连，这样阴极发射的光电子在正向电压U作用下加速被阳极收集，在电路中形成电流，我们称之为光电流。如此，光电管就把光信号变成了电信号。利用光电管可以制成光控继电器，光控继电器常用于自动控制，例如在放映电影时，可利用光电转换实现声音重放。
光电流的产生是光照射的结果，那么光电流大小是否与入射光的强度、频率、光照时长等因素有关呢？下面我们通过实验来探究这个问题。
左图是光电效应演示器，利用它可以探究入射光强度、频率和光照时长对光电流的影响。演示器左侧为光源电路，入射光强度可通过改变光罩上出射孔的数目或大小来改变；入射光频率可用不同颜色的滤色片来改变。演示器右侧为光电效应电路图，右图是实验原理示意图。阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极。光电管与电流表串联，我们可通过电流表读数变化得知光电流变化，还能通过调节滑动变阻器阻值，改变加在阴极和阳极之间的电压大小。如果阴极K在光照时能发射光电子，当电源按右图极性连接时，阳极A将吸收阴极K发出的光电子，在电路中形成光电流。
下面我们开始通过实验探究不同因素对光电流的影响。首先探究不同频率的入射光对光电流的影响。在光电管上加上正向电压，使用红光照射阴极，观察到没有光电流产生。保持光照强度不变，使用黄光照射阴极，有光电流产生。再使用蓝光照射，同样有光电流产生。通过实验发现，不同颜色的光，即不同频率的光，对光电流产生有影响。当较低频率的红光照射金属时，没有光电流产生；而较高频率的黄光或蓝光照射时，电路中有光电流产生。
光电流的产生与入射光频率有关，那么入射光强度对光电流是否有影响呢？我们继续实验探究。通过改变光照出射孔大小来改变入射光强度。首先选择红光，用较大出射孔照射阴极，电路中没有光电流产生。保持入射光频率不变，改变出射孔大小，依然没有光电流产生。我们再选择蓝光继续实验，用小出射孔照射，有光电流产生；保持入射光频率不变，用大出射孔照射，依然有光电流产生。通过实验可知，是否产生光电流与光照强度无关。
接下来总结光电效应的实验规律。通过实验发现，当入射光频率比较低时，无论入射光强度多大、照射时间多长，光电管都没有光电流产生；而当入射光频率大于某一频率时，无论入射光是强是弱，都能几乎瞬时产生光电流。事实上，对每一种金属，只有当入射光频率大于某一频率$ν_0$时，才会产生光电流，我们将这个频率称为截止频率，对应的波长称为截止波长。下表给出了部分金属的截止频率和截止波长，不同材料的截止频率不同。
第二，光电效应具有瞬时性。当入射光频率超过截止频率时，无论入射光多么微弱，照射金属时都会立即产生光电流，光电效应几乎瞬时发生，一般不超过$10^{-9}$秒。
光电流大小还跟哪些因素有关呢？我们增大正向电压进行实验。保持光照条件不变，逐渐增大正向电压，观察光电流大小变化。发现光电流大小随着正向电压增大而增大，当正向电压增加到一定值时，光电流大小不再变化，达到饱和值，我们把它称为饱和电流。通过实验可知，光电流大小随着正向电压增大而增大，达到一定值后不再增加，且饱和电流大小与入射光强度成正比。
在光电效应中，光电管阴极射出的光电子具有一定动能。为测量光电子动能，可以在光电管两个电极上加上反向电压。如图所示，调节反向电压大小可阻止光电子到达阳极。在强度和频率一定的光照射下，回路中的光电流会随着反向电压增加而减小，当反向电压达到某一数值时，光电流会减小到0，我们把这时的电压称为遏止电压，用符号$U_C$表示。光电子到达阳极要克服反向电场力做功，所做功大小$W = eU_C$，式中$e$为电子电荷量。如果光电子到达阳极速度刚好为零，根据能量守恒定律，光电子出射的最大初动能$\frac{1}{2}mv_{Max}^2 = eU_C$，式中$m$为电子质量，$v_{Max}$为光电子最大初速度。