光电效应(上课)

复习：普朗克的能量子说黑体在辐射或吸收能量时，是一份一份地辐射或吸收的，每一份叫做一个能量子，每一个能量子的能量ε=hν

我们通过选修3~4的学习，知道了光是电磁波，它能很好地解释光的干涉、衍射等现象，但是，光的电磁说并不能成功地说明光的所有现象。早在1887年赫兹在做电磁的实验时，就偶然发现了一个后来被称作光电效应的现象，这个现象使光的电磁说遇到了无法克服的困难。重新提出“光的粒子性”光的学说演变微粒说牛顿光的直进反射弹性粒子波动说惠更斯干涉、衍射光是一种机械波电磁说麦克斯韦真空、横波、速度电磁波光电效应光子说爱因斯坦一份份光子组成学说代表人物依据观点光子光的传播不连续，而是一份一份的，每一份叫一个光子。E=hγc=λγh=6.6260754×10-34J.s光强单位时间内照射到单位面积上的光的能量。E光强

=nhγn：单位时间打到单位面积上的光子数光电效应下面我们先来看一个实验一、光电效应现象实验装置如图：用紫外线照射锌板可清楚看到：灵敏验电器指针张开金属在光（包括不可见光）的照射下，从表面逸出电子的现象叫

光电效应发射出来的电子叫光电子光电子定向移动形成的电流叫光电流在紫外线的照射下，有电子从锌板飞出，锌板带了正电。2、存在着遏止电压和截止频率下面我们来继续探讨二、光电效应的基本规律3、效应具有瞬时性1、存在着饱和电流1、存在着饱和电流实验表明：入射光越强，饱和电流越大；入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。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。因为光照条件一定时，K发射的电子数目一定。单色光阳极GVAKR阴极2、存在着遏止电压和截止频率(1)存在遏止电压U:c使光电流减小到零的反向电压－U++++++一一一一一一v加反向电压，如右图所示：光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运动。若最大的初动能U=0时，I≠0，因为电子有初速度则I=0，式中UC为遏止电压我们来看如图所示的实验：GVAKR单色光实验表明: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.当图中电流表G的读数为0时，伏特表V的读数就是下式中的“Uc”。阳极阴极（3）存在遏止电压光电子的最大初动能iisUo-U0实验指出:遏止电压和入射光频率有线性关系o

U0銫锌铂θ光电子最大初动能Ek和入射光频率

有线性关系。不同金属，值不同.2、存在着遏止电压和截止频率科学家曾做过类似于左图的实验，他们用不同的单色光照射某种金属，看看哪些频率的光照射时能产生光电效应。再用不同的单色光照射别的金属，又看看哪种频率的光照射时产生光电效应。任何一种金属，都有一个截止频率，入射光的频率必须大于这个截止频率才能产生光电效应，低于这个频率的光，无论光强怎样大，也不能产生光电效应。不同金属的截止频率不同。(2)存在截止频率ν:c经研究后发现：3、效应具有瞬时性GVAKR单色光实验结果：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”）。光电效应在极短的时间内完成以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。三、光电效应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。光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。①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。②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10S。-9√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.温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。四、爱因斯坦的光电效应方程（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：1

“光量子”假设(2)光子能量:——光具有粒子性(3)光强（光的能流密度S）(1)光可看成是由光子组成的粒子流，N:单位时间通过单位面积的光子个数（光子流密度）普朗克常数ν：光子频率（2）爱因斯坦的光电效应方程四、爱因斯坦的光电效应方程（1）光子：或——光电子最大初动能

——金属的逸出功

W0一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：几种金属逸出功的近似值(eV)钠铝锌铜银铂2.464.084.314.704.736.35逸出功与材料有关（3）光子说对光电效应的解释①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当hν>W0时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。②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。③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。思考与讨论？分析由上面讨论结果可得：对于一定金属，逸出功W0是确定的，电子电荷e和普朗克常量h都是常量。所以遏止电压UC与光的频率ν之间是线性关系即：Uc—ν图象是一条斜率为的直线分析由上面讨论结果可得：遏止电压Uc与光电子的最大初动能Ek有关Ek越大，Uc越高；Uc为零，Ek为零，即没有光电子所以与遏止电压Uc=0对应的频率应该是截止频率νc由以上分析可知：根据数据作Uc—ν图象即可求得遏止电压Uc=0对应的频率就是截止频率νcUc—ν图象是一条斜率为的直线一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是()A.延长光照时间B.增大光束的强度C.换用红光照射D.换用紫光照射D练习1练习2在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想想看，这种光是否一定最亮？为什么？在可见光范围内，紫光的光子能量最大，因为其频率最高。紫光不是最亮的。一为光强，因为光的亮度由两个因素决定，二为人眼的视觉灵敏度。在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中心部位的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮。练习3根据图17.2-2所示研究光电效应的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的光来进行实验，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。GVAKR单色光分析：阳极与电源负极相接阴极与电源正极相接测出两种不同频率ν1、ν2光的遏止电压U1、U2代入公式：当入射光频率分别为ν1、ν2时，测出遏止电压U1、U2，由爱因斯坦光电效应方程可得联立上两式，解得其中e为电子的电量，测出U1与U2就可测出普朗克常量实验步骤：（1）将图17.2-2电路图电源正负对调，滑动变阻器滑动触头滑至最左边，用频率为ν1的光照射，此时电流表中有电流。将滑动变阻器滑动触头缓慢右滑，同时观察电流表，当电流表示数为零时，停止滑动。记下伏特表的示数U1。（2）用频率为ν2的光照射，重复（1）的操作，记下伏特表的示数U2。

（3）应用计算h。（4）多次测量取平均值。例题1波长为4000的单色光照射在逸出功为2.0的金属材料上，求：光电子的初动能，截止电压，极限频率解：由光电效应方程：截止电压极限频率例2一半径为的薄圆片，距光源1.0m

.光源的功率为1W，发射波长589nm的单色光.假定光源向各个方向发射的能量是相同的，试计算在单位时间内落在薄圆片上的光子数.解常见概念辨析光强指单位时间内在垂直于光的传播方向上，单位面积上光子的总能量，即n·hν(其中n为光子数，hν指一个光子的能量)．两条分析线索(1)通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．(2)通过光的强度分析：对确定某种光而言，入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大．3.一束细平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板a、b、c上，如图所示.已知金属板b有光电子逸出，则可知()A.板a一定不放出光电子B.板a一定放出光电子C.板c一定不放出光电子D.板c一定放出光电子光电倍增管放大器接控制机构光光控继电器示意图三光电效应在近代技术中的应用《教材全解》64页例9光控继