【高中物理】光电效应 课件 2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

光电效应【学习目标】1．知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律。2．知道爱因斯坦的光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题。3．了光的波粒二象性。纪念爱因斯坦光电效应理论的邮票爱因斯坦对于光电效应的解释的解释是怎样的呢？一、光电效应的实验规律1）存在截止频率频率低于νc的入射光，无论光的强度多大，照射时间多长，都不能使光电子逸出，这个νc叫截止频率.2）存在饱和电流光照条件不变时U增大，光电流I趋于一个饱和值.这说明：在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的，电压增加到一定值时，所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。实验表明：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多.3）存在遏止电压

如果施加反向电压，也就是阴极K接电源正极、阳极A接电源负极，在光电管两极间形成使电子减速的电场，电流有可能为0。使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。最大初动能：与入射光的强度无关，只与入射光的的频率有关4）光电效应的瞬时性当频率大于νc，光的照射和光电子的逸出几乎是同时的，产生光电流的时间不超过10-9s二.光电效应解释中的疑难思考7：人们知道，金属中原子外层的电子会脱离原子而做无规则的热运动。但在温度不很高时，电子并不能大量逸出金属表面，这是为什么呢?使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。当光照射金属表面时，电子会吸收光的能量。若电子吸收的能量超过逸出功，电子就能从金属表面逸出，这就是光电子。光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。这些结论与实验相符。金属钨钙钠钾铷截止频率ν0/×1014Hz10.957.735.535.445.15逸出功W0/eV4.543.202.292.252.13①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压UC应与光的强弱有关。②不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。③如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于10-9S。

以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。三爱因斯坦的光电效应理论1.光子说：光不仅在发射和接收时是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，每一份能量子叫做光子，能量ɛ=hν.2.光电效应方程：光子逸出功最大初动能3.光子说对光电效应的解释1）只有hν>W0,才有光子逸出。2）光子的最大初动能与入射光频率有关，与光的强度无关。这就解释了遏止电压和光强无关.3）电子一次性吸收光子的全部能量，不需要累积能量的时间，光电流几乎是瞬间产生的.4）对于同种颜色的光，光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大.对某确定的金属，由光子的初动能和光电效应方程7.04.04.55.05.56.06.50.80.20.40.601ν/1014HzUc/VUc/VUc/VUc/VUc/VUc/V

根据光电效应测得h与普朗克黑体辐射得出的h在误差范围内一致，这为爱因斯坦的光电效应理论提供了直接的实验证据，因此爱因斯坦获得1921年诺贝尔物理学奖.密立根：思考与讨论

白天的天空各处都是亮的；宇航员在大气层外飞行时，尽管太阳的光线耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的，甚至可以看到星星.这是为什么？这是因为没有大气对光进行散射四、康普顿效应和光子动量1.康普顿效应石墨X射线

发现在散射的X射线中，除了与人射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。λ0=λ0>λ02.经典理论的解释康普顿效应石墨X射线λ0受迫振动反射波散射波>λ0振动频率=入射光频率

这跟经典电磁理论是相违背的。因此，康普顿效应无法用经典物理学解释。=散射光频率=λ03.光子模型解释康普顿效应康普顿

光子不仅具有能量，而且具有动量，光子的动量p与光的波长λ和普朗克常量h有关：波长变长的解释：P↓——λ↑五、光的波粒二象性光子的能量：ɛ=hv光子的动量：1.光具有粒子性：光电效应和康普顿效应2.光具有波动性：光的干涉、衍射、偏振、多普勒效应普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁4.量子电动力学——描述光的波动性和粒子性的理论。3.光具有波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性，光具有波粒二象性。例1

在演示光电效应实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针张开一个角度，如图2所示，下列说法正确的是A.验电器的指针带正电B.若仅增大紫外线的频率，则锌板的逸出功增大C.若仅增大紫外线灯照射的强度，则单位时间内

产生的光电子数减少D.若仅减小紫外线灯照射的强度，则可能不发生

光电效应√图2解析锌板原来不带电，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针发生了偏转，说明锌板在紫外线灯的照射下发生了光电效应，发生光电效应时，锌板向空气中发射电子，所以锌板带正电，验电器的指针也带正电，故A正确；金属的逸出功与金属本身的材料有关，与外界光的频率无关，故B错误；增大紫外线灯照射的强度，即单位时间内照在梓板上的光子数增多，所以单位时间内产生的光电子数增多，故C错误；能否发生光电效应与光照强度无关，取决于入射光的频率和金属截止频率之间的关系，故D错误.课堂小结一、光电效应1、光电效应