光电效应 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修3

选择性必修三第四章原子结构和波粒二象性2光电效应作业讲评实验观察实验分析照射前Zn板思考1：为什么电子会从锌板表面飞出呢？带负电照射后Zn板负电荷减少当有光照射时电子从锌板的表面飞出为何不直接照射电中性的Zn板？电子获得了光的能量锌板带正电后会影响电子逸出实验分析思考2：为何要在Zn板前方放置带正电的铜网照射后Zn板有电子飞出，带正电照射前Zn板不带电是否有光入射就会有电子飞出？实验观察大量实验表明：只有入射光的频率足够高，金属表面才会有电子飞出一、光电效应照射到金属表面的光，使金属中的电子从表面逸出的现象，称为光电效应。1.定义：光电效应现象中从金属表面逸出的电子常称为光电子。2.光电子：最早赫兹发现勒纳德（德）、J.J.汤姆孙用实验证实了二、光电效应的实验规律Gs二、光电效应的实验规律实验电路一1.完善电路，并画出电流表指针偏转方向光电子，在电路中形成光电流思考3：不加电源电路中会形成光电流吗？二、光电效应的实验规律实验电路一2.观察到的现象1）存在截止频率νc①入射光的频率ν≥νc时，发生光电效应极限频率②不同金属的νc不同，νc与金属自身性质有关二、光电效应的实验规律实验电路一2.观察到的现象2）光电效应具有瞬时性当ν≥νc时，无论入射光怎样微弱，照到金属时都会立即产生光电流。精确测量表明产生电流的时间很快产生时间不会超过10-9s光电流的大小与光照强度有关即光电效应几乎是瞬时发生的二、光电效应的实验规律实验电路二思考4：如果改变光电管两端的电压，会对光电流大小有影响吗？请设计一个便于调节光电管两端电压的电路二、光电效应的实验规律二、光电效应的实验规律2.观察到的现象3）存在饱和光电流①在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流增大，最终光电流趋于一个饱和值。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思考5：为什么会存在饱和光电流呢？二、光电效应的实验规律2.观察到的现象3）存在饱和光电流②在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。思考6：这一现象说明了什么呢？对于一定频率（颜色）的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。IU0比较两束黄光的强弱二、光电效应的实验规律思考7：若加反向电压会对光电流有什么影响？二、光电效应的实验规律2.观察到的现象4）存在遏止电压①使光电流刚好减小到0的反向电压Uc称为遏止电压思考8：光电流减为零意味着什么呢？②存在遏止电压说明金属表面逸出的光电子有最大初动能二、光电效应的实验规律2.观察到的现象4）存在遏止电压③同一种金属对于一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都一样的。说明：同种金属光电子的最大初动能与光强无关频率不同的光对应的遏止电压是否相同呢？二、光电效应的实验规律④光的频率ν改变时，遏止电压Uc也会改变二、光电效应的实验规律2.观察到的现象4）存在遏止电压红光蓝光说明：对于同种金属，光电子的最大初动能与入射光频率有关二、光电效应的实验规律小结：入射光的频率ν入射光的强度能否发生光电效应产生光电效应时光电子的最大初动能单位时间内发射的光电子数影响光电效应的因素决定决定1.光电效应中，从同一金属逸出的电子动能的最大值A.只跟入射光的频率有关B.只跟入射光的强度有关C.跟入射光的频率和强度都有关D.除跟入射光的频率和强度有关外，还和光照时间有关课堂练习A2.下列哪个电路是研究饱和光电流的，哪个是研究遏止电压的？课堂练习3.在光电效应实验中，小明用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲、乙、丙），如图所示。回答下面问题，并说明理由。课堂练习（4）甲、丙两种光所产生光电子的最大初动能，哪个大？（1）甲、乙两种光的频率，哪个大？（2）乙、丙两种光的波长，哪个大？（3）乙、丙两种光所对应的截止频率，哪个大？三、光电效应经典解释中的疑难思考与讨论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？金属表面存在阻碍电子逸出的力电子要从金属中挣脱出来，必须获得一些能量，以克服这种阻碍做功三、光电效应经典解释中的疑难要使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值叫作这种金属的逸出功1.逸出功用W0表示三、光电效应经典解释中的疑难2.经典理论的疑难1）光越强，逸出的电子数越多，光电流也越大，这些结论与实验相符光照到金属表面时，电子吸收能量和原有热运动能量之和超出逸出功，电子就从表面逸出，这就是光电子。可以解释，成功三、光电效应经典解释中的疑难2.经典理论的疑难光能应由光频率来决定四、爱因斯坦光电效应理论热辐射的能量是不连续的；在微观世界里，物理量的取值很多时候是不连续的，只能取一些分立的值，这称为量子化现象。1905年发表《光与光的产生和转化的一个试探性观点》提出普朗克的观点不够彻底，光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是不可分割的能量子组成。爱因斯坦的光子假说四、爱因斯坦光电效应理论1.爱因斯坦的光量子假说其中h是普朗克常量：h=6.63×10－34J·s在空间传播的光本身由一个个不可分割的能量子组成，频率为ν的光的能量子为hν。光子的能量E＝hν2.爱因斯坦光电效应方程四、爱因斯坦光电效应理论求一个电子吸收能量为hν的光子的能量后，从逸出功为W0的金属表面逸出时的最大动能逸出功光电子的最大初动能四、爱因斯坦光电效应理论3.光电效应方程对光电效应实验规律的解释1)只有当hν>W0时，光电子才会从金属表面逸出EKν0νc电子逸出νc=W0/h2)光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν有关，而与光的强弱无关。因此遏止电压与频率有关，与光强无关。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产生的。4）对于同种颜色（ν相同）的光，光较强时，包含的光子数目较多，照射金属时产生的光电子也多，因而饱和光电流较大。斜率为课堂练习请根据下表算出金属钨的逸出功W0h=6.63×10－34J·s1.光电效应实验的装置如图,则下面说法中正确的是A.用紫外光照射,验电器指针会发生偏转B.用红色光照射,验电器指针会发生偏转C.使验电器指针发生偏转的是正电荷D.锌板带的是负电荷课堂练习AC四、爱因斯坦光电效应理论4.普朗克常量的测量怎么证明它是正确的呢？eUc=EkeUc=hν-W0密立根：验证h与普朗克的h是否相同由图像能够得到哪些信息呢？为爱因斯坦的光电效应理论提供了直接的实验证据2.铝的逸出功为4.2eV，现在用波长为200nm的光照射铝的表面。课堂练习1）求光电子的最大初动能；2）求遏止电压；3）求铝的截止频率。3.2×10-19J2.0V1.0×1014Hz3.在光电效应实验中，如果入射光的波长确定，而强度增加，将产生什么结果？如果入射光的频率增加，将产生什么结果？课堂练习课堂练习4.金属A在一束绿光照射下恰能发生光电效应，现用紫光或红光照射时，能否发生光电效应？紫光照射A、B两种金属都能发生光电效应时，为什么逸出金属表面的光电子的最大速度大小不同5.电键K断开时，光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键,调节滑线变阻器，当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV课堂练习A6.在日常生活中，我们不会注意到光是由光子构成的，这是因为普朗克常量很小，每个光子的能量很小，而我们观察到的光学现象中涉及大量的光子。如果白炽灯消耗的电功率有15%产生可见光，试估算60W的白炽灯泡1s内发出可见光光子数的数量级课堂练习10197.根据如图所示的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）频率已知的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。课堂练习五、康普顿效应和光子的动量石墨对X射线的散射时，在散射的X射线中，除了与入射波长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1.康普顿效应美国物理学家康普顿散射：光遇到介质中的微粒，传播方向发生改变的现象。经典理论认为是带电粒子受迫振动的而发出的散射波，f（λ）不变吴有训测试了多种物质，证明了普遍性五、康普顿效应和光子的动量2.对康普顿效应的解释康普顿用光子的模型成功地解释了康普顿效应。基本思想是：光子不仅具有能量，而且具有动量，光子与晶体中的电子碰撞时遵守能量守恒和动量守恒。光子的动量p五、康普顿效应和光子的动量3.康普顿效应的意义引入光子具有动量，进一步完善了光的粒子说，肯定了光的粒子性六、光的波粒二象性1.麦克斯韦的电磁理论建立之后，人们认识到光是一种电磁波。2.光电效应和康普顿效应