高二物理选修35同步课件第17章第2节光的粒子性共20.ppt

第十七章波粒二象性,17.2科学的转折：光的粒子性,回顾:,1.黑体辐射,2.普朗克能量子假说,振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍(n=1,2,),h=6.62610-34JS普朗克常量,光是一种波：,干涉、衍射现象,光是一种粒子：,托马斯杨,菲涅耳,马吕斯等,牛顿,普朗克,爱因斯坦,光电效应现象,一、光电效应的实验规律,光电效应,1887年，赫兹在研究电磁波的实验中偶尔发现,照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。,P.勒纳德和J.J.汤姆逊等相继进行了实验验证,阳极,阴极,光束,实验装置,实验模拟动画,1.存在着饱和电流,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。,入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。,入射光越强，饱和电流越大。,(1)存在遏止电压Uc,使光电流减小到零的反向电压,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，I0，,因为电子有初速度,则I=0，式中UC为遏止电压,2.存在着遏止电压和截止频率,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.,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,解释,3.光电效应具有瞬时性,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。,二、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。,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。,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。,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。,1.光子,光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为的光的能量子为。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假说中得到了启发，他提出：,三、爱因斯坦的光电效应方程,2.爱因斯坦的光电效应方程,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：,3.光子说对光电效应的解释,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hW0时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。,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。,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。,练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，验电器的指针就张开一个角度，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,课堂练习,练2：一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,课本例题P36,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与光的频率之间是线性关系,即：Uc图象是一条斜率为的直线,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c,由以上分析可知：,根据数据作Uc图象即可求得,遏止电压Uc=0对应的频