6-2 光电效应课件 高中物理新教科版选择性必修第三册（2022~2023学年）

第六章波粒二象性新教科版高中物理选择性必修第三册第2节光电效应思考与讨论:

把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。这个现象说明了什么问题？观察实验：实验现象：光电效应：当光照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。

用紫外线灯照射后，验电器张开的指针夹角会变小,说明锌板带的负电荷变少了。这意味着，紫外线会让电子从锌板表面逸出。一、光电效应的实验规律一、光电效应的实验规律

（1）当入射光频率减小到某一数值

c时，A、K极板间不加反向电压，电流也为0。此时的光的频率

c即为截止频率！1.存在截止频率（2）金属要发生光电效应与入射光强弱无关，只与频率有关。（3）入射光频率低于截止频率时，不光光照多强，金属都不会发生光电效应！（4）不同金属的截止频率不同，截止频率与金属自身的性质有关。2.存在饱和电流（2）在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。（1）光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值一、光电效应的实验规律一、光电效应的实验规律（1）当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称截止电压。3.存在遏止电压（2）对于一定颜色(频率)的光,无论光的强弱如何,遏止电压是一样的;光的频率

改变，遏止电压也会改变。（3）光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。

即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的极限频率，几乎在照到金属时立即产生光电流。即光电效应几乎是瞬时发生的。4.光电效应具有瞬时性一、光电效应的实验规律

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？思考与讨论:

这表明金属表面层内存在一种力，阻碍电子的逃逸。电子要从金属中挣脱出来，必须获得一些能量，以克服这种阻碍。二、光电效应经典解释中的疑难逸出功W0：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。几种金属的截止频率和逸出功逸出功的大小取决于金属的特性光的经典电磁理论无法解释的光电效应的三个实验结果：2.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。1.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，这个时间远远大于实验中产生光电流的时间。二、光电效应经典解释中的疑难1.光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。三、爱因斯坦的光电效应理论2.爱因斯坦的光电效应方程：

一个电子吸收一个光子的能量hv后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：——光电子最大初动能

三、爱因斯坦的光电效应理论3.光电效应的Ek-ν图像：①斜率k=h（普朗克常数）②横截距νc（极限频率）③纵截距为－W0（逸出功的负值）4.爱因斯坦对光电效应的解释①这个方程表明，只有当hν>W0时，光电子才可以从金属中逸出，

就是光电效应的截止频率。③电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。④对于同种颜色（频率相同）的光，光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。三、爱因斯坦的光电效应理论②这个方程还表明，光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν有关，而与入射光的强弱无关。这就解释了遏止电压与光强无关。思考与讨论：

爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率v的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是截止电压Uc。

那么，怎样得到截止电压Uc与光的频率v和逸出功W0的关系呢?某金属的Uc-v图像EK=hv-W0（2）由于爱因斯坦发现了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。5.光电效应理论的验证（1）美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。（3）光电效应显示了：光子和其他粒子一样，也具有能量，光具有粒子性。三、爱因斯坦的光电效应理论四、康普顿效应和光子的动量1.光的散射：光束通过某些介质时，可以看到光的散射现象。2.康普顿效应

1923年康普顿在做X射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长和散射物质都无关。这种波长改变的散射称为康普顿效应。3.经典理论无法解释康普顿效应。

经典理论认为：物质中的电子会随入射光以相同的频率振动，并向外辐射，即散射光的频率与入射光频率相等。而无法解释有Δλ存在的实验规律。X-ray

四、康普顿效应和光子的动量3.光子模型：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：爱因斯坦质能方程：光子能量：E=hν四、康普顿效应和光子的动量4.光子模型解释康普顿效应（1）若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。（2）若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。（3）因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。四、康普顿效应和光子的动量5.康普顿散射实验的意义（1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设。（2）首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设。（3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。五、光的波粒二象性1.人们对光的认识牛顿的微粒说惠更斯和托马斯杨的波动说麦克斯韦的电