4.2 光电效应 课件高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

§4.2光电效应选择性必修第三册第一课时思考与讨论: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。用日光灯和紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。这个现象说明了什么问题？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。光电效应：照射在金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。

逸出的电子称为光电子。1887年，赫兹进行的电火花实验证明了光是一种电磁波，并偶然发现，接收电路的间隙如果受到光照，就更容易产生电火花，这就是最早发现的光电效应。这一现象引起很多物理学家的关注，大量实验证实了这个现象。

一、光电效应的实验规律光电管：利用光电效应制成的一种光学元件

⑴阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极。⑵K在受到光照时能够发射光电子。一、光电效应的实验规律若实验过程中有光电效应发生，应该可以观察到什么现象？一、光电效应的实验规律思考1：产生光电效应的条件是什么？可能的影响因素实验结论与光的强度有关？与光的颜色有关？与照射时间有关？与金属种类有关？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，光电流消失，这表明已经没有光电子了。

c称为截止频率或极限频率。即当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。实验规律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。入射光频率低于截止频率时，不管光照多强，金属都不会发生光电效应。（3）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。一、光电效应的实验规律思考2：光电流的大小与哪些因素有关？如果要定量研究光电流与电压之间的关系，如何设计电路？KA逸出的光电子都能到达阳极吗？如何让更多的电子到达阳极？照射光未加电压时光电流示数电压增大时光电流如何变化最大光电流大小强光（白光）弱光（黄光）实验规律2：存在饱和电流（2）在光的频率（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）在光照不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。（即电流较小时电流随着电压的增大而增大；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会进一步增大了.）一、光电效应的实验规律这说明，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。一、光电效应的实验规律U=0时，电路中电流I为0吗？怎样才能让电路中电流为0呢？施加反向电压一、光电效应的实验规律最大的初动能则I=0，式中UC为遏止电压思考3：如何测量光电子的快慢？一、光电效应的实验规律思考4：发生光电效应时，从阴极K逸出的光电子的最大初动能与什么因素有关？施加反向电压

使光电流减小到0的反向电压UC称为遏止电压。①对于同一种颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都一样②光的频率发生变化时，遏止电压也会发生变化。实验规律3：存在遏止电压这表明光电子的能量（动能）只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关！！当频率超过截止频率vC时，无论入射光的强度怎么微弱，照到金属时会立即产生光电流。精确测量表明产生电流的时间很快，即光电效应几乎是瞬时发生的。实验规律4：光电效应具有瞬时性一、光电效应的实验规律更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10－9

s（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。

人们知道，金属中原子外层的电子容易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:二、光电效应经典解释中的疑难逸出功W0：要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小值叫做这种金属的逸出功。即电子要想从金属中脱离，至少要吸收W0的能量。

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电效应经典（光的电磁理论——光是电磁波）解释：⑴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。⑵光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。⑸如果光很弱，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，这个时间远远大于实验中产生光电流的时间。⑶不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可以获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率；⑷光越强，光电子的初动能应该越大，所以截止电压Uc应该与光的强弱有关；光电效应经典解释中的疑难（3）（4）（5）与实验结果相矛盾，

经典电磁理论无法解释。

普朗克量子说：电磁波的辐射和吸收是不连续的，一份一份的，每一份叫做一个能量子。普朗克爱因斯坦

爱因斯坦认为：光本身就是由一个个不可分割能量子组成的。每一份称为光量子，简称光子。E=hν1.光量子理论三、爱因斯坦的光电效应理论EK=hv-W0

金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hv，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能。hv＝W0+EK——光电子最大初动能——金属的逸出功W0光电效应方程式中h叫普朗克常量(h=6.63×10-34J·s