光电效应 光子

1、 问题：回顾前人对光的本性的认识历程问题：回顾前人对光的本性的认识历程 牛顿微粒说（牛顿微粒说（1672 英国）英国） 惠更斯波动说（惠更斯波动说（1690 荷兰）荷兰） 托马斯托马斯杨双缝干涉实验（杨双缝干涉实验（1801 英国）英国） 菲涅耳衍射实验（菲涅耳衍射实验（1814 法国）法国） 麦克斯韦建立光的电磁说（麦克斯韦建立光的电磁说（1864 英国）英国） 预言预言电磁波并理论证明其真空传播速度与光速相同电磁波并理论证明其真空传播速度与光速相同 赫兹（赫兹（1888 德国）德国） 实验实验证明电磁波真实存在且真空中传播速度确实与证明电磁波真实存在且真空中传播速度确实与 光速相同光速相同

2、 光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步 问题：回顾光的电磁说的能量观点问题：回顾光的电磁说的能量观点 1、光作为电磁波，传播能量时是连续的还是、光作为电磁波，传播能量时是连续的还是 断断续续的？断断续续的？ 2、光作为电磁波，能量与振幅相关还是与频、光作为电磁波，能量与振幅相关还是与频 率相关？率相关？ 答：光作为电磁波，振幅越大，能量越大，答：光作为电磁波，振幅越大，能量越大，光光 的强度的强度越大；光的能量与频率无关。越大；光的能量与频率无关。 答：光作为电磁波，传播能量时是答：光作为电磁波，传播能量时是连续连续的的 光电效应：光电效应：

3、 光照射金属表面，光照射金属表面， 金属中有电子逸出金属中有电子逸出 的现象。溢出的电的现象。溢出的电 子称为光电子。子称为光电子。 现象分析：现象分析： 紫外线照射锌板前，锌板中的电子为何不从锌板紫外线照射锌板前，锌板中的电子为何不从锌板 表面逸出？表面逸出？ 紫外线照射锌板时，锌板中的电子为何能克服引紫外线照射锌板时，锌板中的电子为何能克服引 力束缚从表面逸出？力束缚从表面逸出？ 金属最表层电子和金属较内层电子谁更容易逸出？金属最表层电子和金属较内层电子谁更容易逸出？ 逸出功逸出功W0的概念的概念 光电效应中，使金属光电效应中，使金属最表最表 层电子层电子脱离金属束缚恰好脱离金属束缚恰好

4、逸出时逸出时所做的所做的功最小，功最小，叫叫 做金属的逸出功做金属的逸出功W0。 V V 从金属最表层飞出的电从金属最表层飞出的电 子，只需克服逸出功，发子，只需克服逸出功，发 射时动能最大射时动能最大 最大初动能最大初动能EK的概念的概念 金属最表层电子克服金属最表层电子克服 作作 为光电子发射时具有为光电子发射时具有 。 逸出功逸出功W0 最大初动能最大初动能E EK K 从内部出来的电子沿途从内部出来的电子沿途 与其它粒子碰撞，损失部与其它粒子碰撞，损失部 分能量，发射时动能较小分能量，发射时动能较小 E EK=K=E E( (金属最表层电子吸收的光能金属最表层电子吸收的光能) )-W0

5、 延长光照时间或增大光强延长光照时间或增大光强 增大光强增大光强 延长光照时间或增大光强延长光照时间或增大光强 延长延长 问题：利用光的电磁说如何实现以下问题：利用光的电磁说如何实现以下四四件事？件事？ 在某金属发生光电效应的前提下，如何增大光电子在某金属发生光电效应的前提下，如何增大光电子 的最大初动能？的最大初动能？ 在某金属发生光电效应的前提下，如何增大单位面在某金属发生光电效应的前提下，如何增大单位面 积在积在单位时间内发射光电子的数目单位时间内发射光电子的数目？ 在某金属未发生光电效应的前提下，如何能发生光在某金属未发生光电效应的前提下，如何能发生光 电效应？电效应？ 在某金属发生光

6、电效应的前提下，改用同频率弱光在某金属发生光电效应的前提下，改用同频率弱光 照射，照射，从光照到从光照到光电子发射光电子发射的时间的时间将将怎样改变？怎样改变？ 光的电磁说光的电磁说 的能量观点的能量观点 1.光作为电磁波，传播能量时是光作为电磁波，传播能量时是连续连续的。的。 2.光作为电磁波，振幅越大，能量越大，光作为电磁波，振幅越大，能量越大， 光的强度光的强度越大；光的能量与频率无关。越大；光的能量与频率无关。 实验探究：对光电效应的定量分析与计算实验探究：对光电效应的定量分析与计算 研究光电效应研究光电效应 的实验原理图的实验原理图 智能光电效应实验仪智能光电效应实验仪 实验探究：对

7、光电效应的定量分析与计算实验探究：对光电效应的定量分析与计算 研究光电效应研究光电效应 的实验原理图的实验原理图 结合光电管的伏安特性曲线分析：结合光电管的伏安特性曲线分析： 电压为零时光电流不为零说明什么？电压为零时光电流不为零说明什么？ 反向电压表明阴极反向电压表明阴极K接电源的哪极？如何解释接电源的哪极？如何解释 反向电压为反向电压为Uc时光电流为零？时光电流为零？ 如何解释如何解释正向电压增大到一定程度后光电流不正向电压增大到一定程度后光电流不 再增大，即达到饱和值？（再增大，即达到饱和值？（结合电流定义分析结合电流定义分析） 结合光电管的伏安特性曲线分析：结合光电管的伏安特性曲线分析

8、： 电压为零时光电流不为零说明什么？电压为零时光电流不为零说明什么？ 光电子确实有初动能光电子确实有初动能 结合光电管的伏安特性曲线分析：结合光电管的伏安特性曲线分析： 反向电压表明阴极反向电压表明阴极K接电源的哪极？如何解释接电源的哪极？如何解释 反向电压为反向电压为Uc时光电流为零？时光电流为零？ E EK=K=eUC 遏止电压遏止电压( (或反向截止电压或反向截止电压) )大大 小反映光电子最大初动能大小小反映光电子最大初动能大小 + - E F 反向电压反向电压 结合光电管的伏安特性曲线分析：结合光电管的伏安特性曲线分析： 如何解释如何解释正向电压增大到一定程度后光电流不正向电压增大到

9、一定程度后光电流不 再增大，即达到饱和值？（再增大，即达到饱和值？（结合电流定义分析结合电流定义分析） 正向电压正向电压 饱和光电流大小反映单位时饱和光电流大小反映单位时 间阴极发射光电子数目多少间阴极发射光电子数目多少 改变光的强度和频率，再描两条伏安特性曲线，比较后填空改变光的强度和频率，再描两条伏安特性曲线，比较后填空 光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光的光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光的 无无 关，只与入射光的关，只与入射光的 有关。这一点与光的电磁说有关。这一点与光的电磁说 。 强度强度 频率频率 矛盾矛盾 在某金属发生光电效应的前提下，如何增大光电子的最大在某金属发生

10、光电效应的前提下，如何增大光电子的最大 初动能？初动能？增大光强或延长光照时间增大光强或延长光照时间(光的电磁说观点光的电磁说观点) 改变光的强度和频率，再描两条伏安特性曲线，比较后填空改变光的强度和频率，再描两条伏安特性曲线，比较后填空 入射光频率一定时，入射光的入射光频率一定时，入射光的 越大，饱和光电流越越大，饱和光电流越 大（或单位时间内发射的光电子数目越多）。这一点与光的大（或单位时间内发射的光电子数目越多）。这一点与光的 电磁说电磁说 。 强度强度 相符相符 在某金属发生光电效应的前提下，如何增大在某金属发生光电效应的前提下，如何增大单位时间内发单位时间内发 射光电子的数目射光电子

11、的数目？增大光强增大光强(光的电磁说观点光的电磁说观点) UC / V0.541 0.637 0.714 0.809 0.878 /1014Hz5.644 5.888 6.098 6.303 6.501 利用实验仪测出不同频率入射光对应的反向截止电压：利用实验仪测出不同频率入射光对应的反向截止电压： 入射光频率减小到入射光频率减小到 某一值时，即使不某一值时，即使不 加反向电压也没有加反向电压也没有 光电流。这表明没光电流。这表明没 有光电子逸出。有光电子逸出。 此时的入射光频率称为金属的此时的入射光频率称为金属的截止频率（或极限频率）截止频率（或极限频率） 继续完成填空：继续完成填空： 矛盾

12、矛盾 入射光的频率入射光的频率 金属的极限频率，能发生光电效应金属的极限频率，能发生光电效应 入射光的频率入射光的频率 金属的极限频率，不能发生光电效金属的极限频率，不能发生光电效 应这一点与光的电磁说应这一点与光的电磁说 。 在某金属未发生光电效应的前提下，如何能发生光电效应？在某金属未发生光电效应的前提下，如何能发生光电效应？ 增大光强或延长光照时间增大光强或延长光照时间(光的电磁说观点光的电磁说观点) 大于大于 小于或等于小于或等于 矛盾矛盾光电效应具有光电效应具有 性。这一点与光的电磁说性。这一点与光的电磁说 。 在某金属发生光电效应的前提下，改用同频率弱光照射，在某金属发生光电效应的

13、前提下，改用同频率弱光照射，从从 光照到光照到光电子发射光电子发射的时间的时间将将怎样改变？怎样改变？延长延长(光的电磁说观点光的电磁说观点) 入射光频率大于金属极限频率时，从光照到光电子发射需多久？入射光频率大于金属极限频率时，从光照到光电子发射需多久？ 瞬时瞬时 光电效应具有光电效应具有 性。这一点与光的电磁说性。这一点与光的电磁说 。 矛盾矛盾 入射光入射光 频率频率 一定时，入射光的一定时，入射光的 越大，饱和光电流越越大，饱和光电流越 大（或单位时间内发射的光电子数目越多）。这一点与光的大（或单位时间内发射的光电子数目越多）。这一点与光的 电磁说电磁说 。 光电子的最大初动能（或遏止

14、电压）与入射光的光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光的 无无 关，只与入射光的关，只与入射光的 有关。这一点与光的电磁说有关。这一点与光的电磁说 。 强度强度 频率频率矛盾矛盾 强度强度 相符相符 光电效应的四条实验规律：光电效应的四条实验规律： 矛盾矛盾 入射光的频率入射光的频率 金属的极限频率，能发生光电效应金属的极限频率，能发生光电效应 入射光的频率入射光的频率 金属的极限频率，不能发生光电效金属的极限频率，不能发生光电效 应这一点与光的电磁说应这一点与光的电磁说 。 大于大于 小于或等于小于或等于 瞬时瞬时 普朗克在普朗克在1900年研究黑体辐年研究黑体辐 射的规律时发现，只有射的

15、规律时发现，只有假设假设 电磁波电磁波的发射和吸收的发射和吸收是不连是不连 续的，续的，而而是一份一份是一份一份进行进行的，的， 计算的结果才能和实验结果计算的结果才能和实验结果 相符。这个相符。这个不可再分的最小不可再分的最小 能量值叫做能量子能量值叫做能量子E E=h， 是电磁波的频率，是电磁波的频率，h h是一个常是一个常 量，被称为普朗克常量，其量，被称为普朗克常量，其 值为：值为：h=6.6310 34 Js 普朗克对黑体辐射的研究结果：普朗克对黑体辐射的研究结果： 普朗克普朗克 光电效应具有光电效应具有 性。这一点与光的电磁说性。这一点与光的电磁说 。 矛盾矛盾 入射光频率一定时，

16、入射光的入射光频率一定时，入射光的 越大，饱和光电流越越大，饱和光电流越 大（或大（或单位时间内发射的光电子数目单位时间内发射的光电子数目越多）。这一点与光的越多）。这一点与光的 电磁说电磁说 。 光电子的光电子的最大初动能最大初动能（或遏止电压）与入射光的（或遏止电压）与入射光的 无无 关，只与入射光的关，只与入射光的 有关。这一点与光的电磁说有关。这一点与光的电磁说 。 强度强度 频率频率矛盾矛盾 强度强度 相符相符 光电效应的四条实验规律：光电效应的四条实验规律： 矛盾矛盾 入射光的频率入射光的频率 金属的极限频率，能发生光电效应金属的极限频率，能发生光电效应 入射光的频率入射光的频率 金属的金属的极限频率极限频率，不能发生光电效，不能发生光电效 应。这一点与光的电磁说应。这一点与光的电磁说 。 大于大于 小于或等于小于或等于 瞬时瞬时 光子说光子说 E Eh 和光电效应方程和光电效应方程EKhW0 UC / V0.541 0.637 0