高中物理(新教材)选修三课件1：第1课时-光电效应- 人教版

第1课时光电效应第四章原子结构和波粒二象性学习目标1．知道光电效应中极限频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾。2．知道光子说及其对光电效应的解释。3．掌握爱因斯坦光电效应方程并会用它来解决简单问题。光的干涉、衍射现象说明了光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象---光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。一、一.光电效应的实验规律演示实验：1.光电效应定义：当光线（包括不可见光）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，如图所示。逸出的电子称为光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电流。光电效应本质：金属原子最外层电子在做无规则热运动，温度不高时，动能很小，电子受金属表层存在的一种力阻碍而不能大量逸出金属表面。当有光照射时，电子吸收光子的能量而动能变大，从而克服阻力从金属表面挣脱出来。2.光电效应实验规律(1)存在饱和电流光照不变，增大UAK，电流表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。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。(2)存在截止频率和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。实验表明：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)光电效应具有瞬时性思考：如果加了遏止电压后，再增大入射光的强度，电路中会有光电流吗？减弱光的强度，遏止电压会减小吗？实验结果：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，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10─9秒(这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”)。光电子的能量只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。勒纳德等人通过实验得出以下结论：①对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；②当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大；③光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；④入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒.勒纳德等人通过实验得出以下结论：①对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；②当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大；③光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；④入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒.二.光电效应解释中的疑难思考：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?说明金属表面存在一种力，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。1．光的电磁理论只能部分地解释光电效应(1)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。用W0表示，不同的金属的逸出功不同。见下表。(2)当光照射金属表面时，电子吸收能量。若电子吸收的能量与原有的热运动能量之和超过逸出功，电子就从表面逸出，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。几种金属的逸出功和极限频率金属钨钙钠钾铷vc/1014Hz10.957.735.535.445.15W0/eV4.543.202.292.252.132．结论与实验结果相矛盾的疑难处(1)按照光的电磁理论，还应得出如下结论：①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压Uc应该与光的强弱有关；②不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可以获得足够的能量从而逸出表面，不应存在截止频率；③如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需要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。(2)对于遏止电压Uc与光的频率v的关系，经典电磁理论更是无法解释。三、爱因斯坦的光电效应理论光子说：光就是由一份一份不可分割的能量子组成的，频率为v的光的能量子为hv，h为普朗克常量，这些能量子称为光子。一个电子吸收一个光子的能量hν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：hν=Ek+W0

或

Ek=hν

-W0光子逸出功最大初动能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。hνc

＞W0

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。hνc

＞W0

(4)Ek­—ν曲线：如图所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化曲线。这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量。对某确定的金属，由光子的初动能和光电效应方程爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖跟踪练习1.在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时()A.锌板带正电，指针带负电B.锌板带正电，指针带正电C.锌板带负电，指针带正电D.锌板带负电，指针带负电B

CD3.如图所示为研究光电效应现象的实验原理图。已知光电管阴极材料的极限频率为ν0，现用频率为ν(ν>ν0)的单色光照射光电管，发现滑动变阻器的滑片P处于图示位置时，灵敏电流计的示数为零，下列说法正确的是(

)A.灵敏电流计的示数为零，是因为没有发生光电效应B.若不断向左移动滑片P，则灵敏电流计一定会有示数C.若不断向右移动滑片P，则灵敏电流计一定会有示数D.仅不断增大入射光的光照强度，灵敏电流计一定会有示数C备用工具&资料

CD爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖光的干涉、衍射现象说明了光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象---光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。1.光电效应定义：当光线（包括不可见光）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，如图所示。逸出的电子称为光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电流。光电效应本质：金属原子最外层电子在做无规则热运动，温度不高时，动能很小，电子受金属表层存在的一种力阻碍而不能大量逸出金属表面。当有光照射时，电子吸收光子的能量而动能变大，从而克服阻力从金属表面挣脱出来。2.光电效应实验规律(1)存在饱和电流光照不变，增大UAK，电流表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。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