云南省峨山彝族自治县高中物理 第十七章 波粒二象性 17.2 光的粒子性课件 新人教版选修35.ppt

17 2光的粒子性 选考要求 c光电效应爱因斯坦光电效应方程 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 表明锌板在射线照射下失去电子而带正电 一 光电效应 1 光电效应现象 当光线照射在金属表面时 金属中有电子逸出的现象 光电子定向移动形成的电流 阅读课本31页 回答以下问题 1 光电效应 2 光电子 3 光电流 逸出的电子称为光电子 1 光电效应现象 实验装置 2 光电效应的实验规律 2 光电效应的实验规律 电流表 测光电流的大小电压表 测两极之间的电压大小滑动变阻器 改变两极之间的电压大小 观察 演示实验 光电流和光电压有何关系 2 光电效应的实验规律 实验表明 保持光频率 光强不变 增大uak g表中电流达到某一值后 即达到值 保持光频率不变 增大光强 饱和电流 i o uak is 黄光 强 黄光 弱 不再增大 饱和 增大 1 存在饱和电流 2 光电效应的实验规律 实验结论1 1 存在饱和电流 入射光越强 饱和电流越 单位时间内发射的光电子数越 is 大 多 2 光电效应的实验规律 i 0 uak is 黄光 强 黄光 弱 uak 0时 is 0吗 怎样才能让电流减小为0 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 u k a a 存在遏止电压uc 2 存在遏止电压和截止频率 使光电流减小到零的反向电压叫遏止电压 2 光电效应的实验规律 实验表明 对于一定颜色 频率 的光 无论光的强弱如何 遏止电压的 i i 黄光 强 黄光 弱 遏止电压 蓝光 u2 u1 光的频率v改变时 遏止电压是否会改变 都是一样 也会改变 2 存在遏止电压和截止频率 a 存在遏止电压uc 光的频率v越高 遏止电压越 大 2 光电效应的实验规律 实验结论2 存在遏制电压 且跟入射光的有关 与入射光的强弱关 进而说明逸出光电子的最大初动能与入射光的有关 与入射光的无关 i u 2 存在遏止电压和截止频率 a 存在遏止电压uc 频率 无 频率 强弱 经研究后发现 b 存在截止频率 c 对于每种金属 都相应确定的截止频率 c 当入射光频率 c时 电子才能逸出金属表面 当入射光频率 c时 无论光强多大也无电子逸出金属表面 2 存在遏止电压和截止频率 同一频率光照射 不管光强如何 遏止电压都 光照频率越高 遏止电压越 光电子的能量只与入射光的有关 入射光的频率于截止频率时不能发生光电效应 2 存在遏止电压和截止频率 相同 高 频率 小 当频率超过截止频率时 无论入射光怎样微弱 几乎在照到金属时立即产生光电流 精确测量表明产生电流的时间不超过10 9秒 即光电效应几乎是瞬时的 3 具有性 瞬时 反馈练习 1 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 2 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 3 在光电效应实验中 飞飞同学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 甲光 乙光 丙光 如图所示 则可判断出 a 甲光的频率大于乙光的频率b 乙光的波长大于丙光的波长c 乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率d 甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 b 反馈练习 三 光电效应解释中的疑难 看课本思考两个问题 1 什么是逸出功 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 2 经典电磁理论在哪些方便与实验结论矛盾 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 实验结论 经典电磁理论 入射光的越强 饱和电流越大 强度越大 逸出的光电子数越多 光电流越大 遏止电压只与频率有关 而与强度无关 遏止电压应与入射光的强度有关 如果光较弱 只要积累足够长时间 电子获得足够能量就会形成光电子 存在截止频率 c当入射光频率低于截止频率 不能发生光电效应 光电效应具有瞬时性 能量的可以随时间积累 对比 吻合 不符 不符 不符 1 光子说 爱因斯坦于1905年提出 二 爱因斯坦的光电效应方程 阅读课本28页 能量子 和课本32页最后一段 回答以下问题 1 在空间传播的光是连续还是是一份一份的 2 光子的能量与什么有关系 3 光子的能量如何表示 在空间传播的光不是连续的而是一份一份的 每一份叫做一个光子 光子的能量跟它的频率成正比 e h 表示光的频率 h叫普朗克常量 h 6 63 10 34焦耳 秒 2 光电效应方程 金属表面上的电子逸出时要克服金属原子核的引力所做功的最小值 ek h w0 二 爱因斯坦的光电效应方程 阅读课本32 33页 回答以下问题 逸出功 有 w0 h 0 不同金属 其逸出功同 不 光电效应方程 一个电子吸收一个光子的能量h 后 一部分能量用来克服金属的 剩下的表现为逸出后电子的 即 逸出功w0 初动能ek 或 3 对光电效应的实验现象解释 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 当入射光的频率大于极限频率时 光电流的强度与入射光的强度成正比 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 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 二 爱因斯坦的光电效应方程 3 爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释 ek h w0 解释截止频率 解释饱和光电流 解释瞬时性 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 光电效应显示了光的性 粒子 例题 由密立根实验 uc和v的关系 计算普朗克常量 ek h w0 利用光电效应中光电流与入射光强成正比的特性 可以制造光电转换器 实现光信号与电信号之间的相互转换 这些光电转换器如光电管 photoelement 等 广泛应用于光功率测量 光信号记录 电影 电视和自动控制等诸多方面 三 光电效应在近代技术中的应用 光电倍增管 photomultiplier 是把光信号变为电信号的常用器件 当光照射到阴极k使它发射光电子 这光电子在电压作用下加速轰击第一阴极k1 使之又发射次级光电子 这些次级光电子再被加速轰击第二阴极k2 如此继续下去 利用10 15个次阴极 可将光电流放大几百万倍 即一束微弱的入射光 将转变成放大了的光电流 可以通过电流计显示出来 小结 1 光电效应现象 3 爱因斯坦光电效应方程及其对实验结论的解释 ek h w0 解释截止频率 解释饱和光电流 解释瞬时性 入射光越强 单位时间中发射的光电子越多 光电子的能量只与入射光的频率有关 入射光的频率低于截止频率 极限频率 时不能