高中物理 第四章 波粒二象性 第2节 光电效应与光的量子说课件 教科版选修35.pptVIP

第二节光电效应与光的量子说 一 光电效应 光的波动说的困难1 定义 光照射在金属表面上时 金属中的电子因吸收光的能量而逸出金属表面的现象 2 光电效应的特征 1 任何金属均存在截止频率 极限频率 只有 截止频率 才能引起光电效应 2 发生光电效应时 光电流的大小由 决定 越大 光电流越大 3 光电子的最大初动能与入射光的频率成 关系 4 光电效应具有瞬时性 发生时间不超过10 9s 3 光的波动说无法解释光电效应现象 超过 光强 光强 线性 自主学习 二 光量子概念的提出 光电效应方程1 光子说 爱因斯坦提出 在空间传播的光不是连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个光量子 简称 2 光子的能量 h 其中 指光的 光电效应显示了光的 3 光电效应方程 4 光的量子说能很好地解释光电效应现象 光子 频率 粒子性 h mv2 w 问题1 人类对光的本性的认识的发展经历了哪些主要过程 小结 人类对光的本性认识的历史进程 微粒说 认为光是一种粒子代表人物 牛顿 波动说 认为光是一种波代表人物 惠更斯 光的电磁说 光是电磁波提出者 麦克斯韦 用弧光灯照射擦得很亮的锌板 注意用导线与不带电的验电器相连 使验电器张角增大到约为30度时 再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板 则验电器的指针张角会变大 实验 光电效应现象 表明锌板在射线照射下失去电子而带正电 学习活动一 认识光电效应 小结 光电效应与光电流 物体在光的照射下发射电子的现象叫光电效应 发射出来的电子叫光电子 光电管就是利用光电效应制成的一种光学元件 它的作用是把光信号转变为电信号 由于光电效应在电路中形成的电流叫光电流 问题2 光电效应的实验得出了哪些规律 学习活动二光电效应的实验规律 石英窗 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 光电效应实验 将换向开关反接 电场反向 则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用 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称遏止电压 遏止电压 光强较弱 光电效应伏安特性曲线 光电效应实验装置 光电效应的实验规律 u a 光电效应实验装置 i i s o u 光强较强 光强较弱 光电效应伏安特性曲线 遏止电压 饱和电流 光电效应的实验规律 光电效应的规律 光电效应的实验规律 光电效应发生时间非常短暂 几乎不需要时间 只有当入射光的频率高于某一频率v0时才能发生光电效应 把这一频率v0叫极限频率 单位时间内发射的光电子数目跟入射光的强度成正比 光电子的最大初动能只跟入射光的强度无关 它随入射光的频率增大而增大 问题3 光电效应的实验规律与经典电磁理论产生了什么矛盾 学习活动三 光电效应解释中的疑难 波动理论对光电效应的解释的困难 问题4 为了解释光电效应的实验规律爱因斯坦提出了光的量子说 其内容是什么 是如何解释的 学习活动四 爱因斯坦的光量子假设 量子假说光子 普朗克的量子假说 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 爱因斯坦的光子假说 在空间传播的光不是连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个光量子 简称光子 光子的能量e跟光的频率 成正比 光子的能量e h 其中h是一个常量 叫普朗克常量 h 6 63 10 34j s 光电方程光子说对光电效应的解释 在光电效应中 入射光的能量等于出射的光电子的最大初动能与逸出功之和 即 或这叫爱因斯坦光电效应方程 简称光电方程 使金属表面的电子能挣脱原子核的引力而逸出成为光电子所需做的功叫逸出功 3 从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系4 从光电效应方程中 当初动能为零时 可得极极限频率 爱因斯坦对光电效应的解释 1 光强大 光子数多 释放的光电子也多 所以光电流也大 2 电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出 所以不需时间的累积 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律 荣获1921年诺贝尔物理学奖 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应 但当时并未被物理学家们广泛承认 因为它完全违背了光的波动理论 光电效应理论的验证 美国物理学家密立根 花了十年时间做了 光电效应 实验 结果在1915年证实了爱因斯坦方程 h的值与理论值完全一致 又一次证明了 光量子 理论的正确 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 部分金属的极限频率和波长 可以用于自动控制 自动计数 自动报警 自动跟踪等 光电效应在近代技术中的应用 1 光控继电器 可对微弱光线进行放大 可使光电流放大105 108倍 灵敏度高 用在工程 天文 科研 军事等方面 2 光电倍增管 应用 光电管 光 电源 电流计 i a k 例1 2011年高考广东理综卷 光电效应实验中 下列表述正确的是 a 光照时间越长光电流越大b 入射光足够强就可以有光电流c 遏止电压与入射光的频率有关d 入射光频率大于极限频率才能产生光电子 问题分析 解析 在光电效应中 若照射光的频率小于极限频率 无论光照时间多长 光照强度多大 都无光电流 当照射光的频率大于极限频率时 立刻有光电子产生 时间间隔很小 故a b错误 d正确 由 eu 0 ek ek h w 可知u h w e 即遏止电压与入射光频率 有关 答案 cd 变式训练1下列光子说解释光电效应规律的说法中 正确的有 a 存在极限频率是因为各种金属都有一定的逸出功b 光的频率越高 电子得到光子的能量越大 逸出后飞离金属的最大初动能越大c 电子吸收光子的能量后动能立即增加 成为光电子不需要时间d 光的强度越大 单位时间内入射光子数越多 光电子数越多 光电流越大 解析 选abd 由于各种金属都有一定的逸出功 因此光照射金属时电子不一定逸出 所以存在极限频率 a选项正确 光的频率越高 电子得到的光子的能量越大 克服逸出功后飞离金属的最大初动能越大 b选项正确 电子吸收光子的能量后不一定逸出 也不一定成为光电子 c选项错误 产生光电效应后 光的强度越大 产生光电效应的电子越多 逸出的光电子也就越多 光电流也就越大 d选项正确 例2 在做光电效应的实验时 某金属被光照射发生了光电效应 实验测得光电子的最大初动能ek与入射光的频率 的关系如图所示 由实验图线可求出 a 该金属的极限频率和极限波长b 普朗克常量c 该金属的逸出功d 单位时间内逸出的光电子数 思路点拨 由题目可知光电子的最大初动能与入射光频率之间的关系图像 解答本题可先由光电效应方程写出最大初动能与入射光频率的关系式 再明确图像的斜率 截距等的物理意义 进而分析判断 解答 依据光电效应方程ek h w可知 当ek 0时 0 即图像中横坐标的截距在数值上等于金属的极限频率 图线的斜率k tan 可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量 据图像 假设图线的延长线与ek轴的交点为c 其截距为w 有tan w 0 而tan h 所以w h 0 即图像中纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功 答案 abc 变式训练2用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应 可得到光电子的最大初动能ek随入射光频率 变化的ek 图像 已知钨的逸出功是3 28ev 锌的逸出功是3 34ev 若将二者的图线画在同一个坐标图中 以实线表示钨 虚线表示锌 如图所示 能正确反映这一过程的图像是 解析 选a 根据光电效应方程ek h w可知ek 图像的斜率为普朗克常量h 因此图中两线应平行 c d错 图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应 光电子动能为零 时的入射光频率即极限频率 由光电效应方程可知 逸出功越大的金属对应的入射光的频率越高 所以能使金属锌发生光电效应的极限频率较高 所以a对 b错 1 的现象称为光电效应 发射出来的电子叫 物体在光的照射下发射电子 光电子 针对训练 2 光电管的作用是把 信号转变为 信号 由于光电管发生光电效应而在电路中形成的电流叫 光 电 光电流 3 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 验电器指针张开一个角度 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 5 已知铯的极限频率为4 545 1014hz 钠为6 0 1014hz 银为1 153 1015hz 铂为1 529 1015hz 当用波长为375nm的光照射它们时 可发生光电效应的是 光速c 3 0 108m s 光速与波长 频率的关系 c f 铯和钠 4 若用绿光照射某种金属板不能发生光电效应 则下列哪一种方法可能使该金属发生光电效应 a 增大入射光的强度b 增加光的照射时间c 改用黄光照射d 改用紫光照射 d 6 某种频率的光射到金属表面上时 金属表面有电子逸出 若光的频率不变而强度减弱 那么下述结论中正确的是a 光的强度减弱到某一数值时 就没有电子逸出b 逸出的电子数一定减少c 逸出的电子数有可能增加d 逸出的电子数有可能不变 b 7 下列关于光电效应的说法正确的是 a 光电子的动能随照射光频率的增大而增大b 光电子的初速度与照射光的频率成正比c 光电子的最大初动能与照射光的频率成正比d 光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大 8 用绿光照射一光电管能产生光电效应 欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大应 a 改用红光照射b 增大绿光的强度c 增大光电管上的加速电压d 改用紫光照射 d d 9 已知某单色光的波长为 在真空中的传播速度为c 普朗克常量为h 则该电磁波辐射的能量子的值为 a hc b h cc h d hc 10 某激光器能发射波长为 的激光 发射功率为p 真空中光速为c 普朗克常量为h 则该激光器每秒发射的光量子数为 a p hcb hp cc cp hd h p c a a 11 三种不同的入射光线甲 乙 丙分别照射在三种不同的金属a b c上 均恰能使金属中逸出光电子 已知三种光线的波长 甲 乙 丙 则 a 用三种入射光照射金属a 均可发生光电效应b 用三种入射光照射金属c 均可发生光电效应c 用入射光甲和乙同时照射金属c 可能发生光电效应d 用入射光甲照射金属b 可能发生光电效应 a 12 用波长为 的单色光照射某金属逸出光电子