4.2光电效应课件高二下学期物理人教版选择性

光电效应17世纪明确形成了两大对立学说牛顿惠更斯微粒说波动说19世纪初证明了波动说的正确性由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说：光具有粒子性对光学的研究从很早就开始了……实验现象：一、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。新课引入

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。光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。光电子在电场作用下形成光电流。二、光电效应的实验规律1.光电效应实验窗口I二、光电效应的实验规律

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.截止频率1.金属要发生光电效应与入射光强弱无关，只与频率有关。2.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！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。二、光电效应的实验规律光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。2.饱和电流频率不变，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。二、光电效应的实验规律当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.截止电压光电子克服电场力做功，到达A极板时速度刚好为零。同一种金属，截止电压只与光的频率有关。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。二、光电效应的实验规律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。4.光电效应具有瞬时性更精确的研究推知，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”）。二、光电效应的实验规律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。总结：三、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三、光电效应经典解释中的疑难光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。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。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。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。无法用经典的波动理论来解释光电效应。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。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。爱因斯坦的光子说爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：四.爱因斯坦的光子假设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：四.爱因斯坦的光子假设光子能量逸出功最大初动能即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。四、爱因斯坦的光电效应理论思考与讨论

白天的天空各处都是亮的；航天员在大气外飞行时，尽管太阳的光线耀眼刺目，其他地方的天空却是黑的，甚至可以看见星星。这是为什么？(一)光的散射

光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射.五.康普顿效应X射线λ＝λ0石墨体（散射物质）λ=λ0λ>λ0说明能量有损失，导致波长变长。1918~1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了有与入射波长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。康普顿(二)康普顿效应五.康普顿效应康普顿正在测晶体对X射线的散射

按经典电磁理论：

如果入射X光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！一.康普顿效应

根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。二.康普顿的解释1.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：波长变长的解释：P↓——

λ↑现在你知道为什么光撞在人身上，却没有被撞的感觉了吗？h=6.626

10-34J/s波长λ算它是5

10-6m约P=1.21

10-28kgm/s2.光子理论对康普顿效应的解释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。二.康普顿的解释康普顿效应康普顿效应康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖(1892-1962)美国物理学家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。

康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射”；在计算中开始只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。三.康普顿散射实验的意义1925—1926年，吴有训用银的X射线(

0=5.62nm)为入射线,以15种轻重不同的元素为散射物质，1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作.对证实康普顿效应作出了重要贡献。

在同一散射角()测量各种波长的散射光强度，作了大量X射线散射实验。

（1897-1977）吴有训四.吴有训对研究康普顿效应的贡献爱因斯坦光电效应表明光子具有能量康普顿效应表明光