17.2.1 光电效应-山东省济南市人教版高中物理选修3-5课件 (共21张PPT)2

1、高中物理 高二年级 选修3-5 第十七章 第1节 光电效应 济南市教育教学研究院监制 思考：光究竟是什么？ 通过之前的学习，我们已经学习了光的干涉、衍射和偏振等现象 麦克斯韦和赫兹先后从理论上和实验上确认了光的电磁波本质，光的波动理论似 乎已经完美了。 不断发现和认识新现象，进而理解事物的本性，这是一切科学发展的必由之路。 人类对光的研究也是如此。 问题：光的波动理论只能部分地解释光电效应。 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，再用与丝绸摩擦过的玻 璃棒去靠近锌板，则验电器的指 针张角会变大。 表明锌板在射线照射下失去电子而带正

2、电 光电效应： 当光线照射在金属表面时，金属中 有电子逸出的现象，称为光电效应。 逸出的电子称为光电子。 光电子定向移动形成的电流叫光电流。 （1）电压增大到一定程度，电流不再增大。 （2）颜色不变的条件下，光照越强，饱和 电流越大。 1.存在着饱和电流 如果A、K两极间加的电压为0，电 路中的电流为0吗？ 怎样才能使电路中的电流为0呢？ 把电源正负极反接把电源正负极反接 2.存在着遏制电压 遏止电压的存在说明初速度存在着上限。 cce eUvm 2 2 1 实验表明，对于一定颜色（频率）的光， 无论光的强弱如何，遏止电压都是一样 的。光的频率改变时，遏止电压也会改 变。光电子的能量只与入射光

3、的频率有 关，而与入射光的强弱无关。 3.存在着截止频率（极限频率） 实验还表明，当入射光的频率减小到某一 数值时，即使不施加反向电压也没有光电 流，这表明已经没有了光电子了。 当入射光的频率低于截止频率时不发生光 电效应（即使很大的光强也不能发生）。 不同金属的截止频率不同。 当频率超过截止频率时，无论入射光怎 样微弱，几乎在照射到金属时立即产生 光电流。 4.光电效应具有瞬时性 1.存在极限频率（截止频率） 任何一种金属，都存在极限频率0，只有当入射光频率0时，才能发生光电效应. 3.光电效应的发生时间：几乎是瞬时发生的。 2.存在饱和电流 当入射光频率0时，光电流随入射光强度的增大而增大

4、。 4.存在遏制电压 光电子的最大初动能Ekm与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大。 当时人们知道，金属中原子外层的价电子会脱离原子而做无规则的热运动。 但在温度不很高时，电子并不能大量逸出金属表面，这表明金属表面层内存 在一种力，阻碍电子的逃逸。电子要从金属中挣脱出来，必须克服这种阻碍 做功。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，用 W0 表示。 几种金属的逸出功 铯钙镁铍钛 逸出功 W/eV 1.92.73.73.94.1 当光照射金属表面时，电子吸 收能量。若电子吸收的能量与 原有的热运动能量之和超过逸 出功，电子就从表面逸出，这 就是光电子。光越强，逸出的 电

5、子数越多，光电流也就越大。 这些结论与实验相符 光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压 Uc 应该与光的强弱有关； 不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可以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，电子需要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 10-9s。 这些结论与实验结果相矛盾。此外，对于遏止电压Uc与光的频率v的关系，经 典电磁理论更是无法解释。 众多的疑难呼唤着新的思想、新的观念、新的理论 1.光子说(爱因斯坦于1905年提出) 光不仅在发射和吸收时能量是一份 一份的，而且光本身就是由一个个 不可分割的能量子

6、组成，光的这些 能量子叫做光子。即:Eh ， 表 示光的频率，h 叫普朗克常量， h6.6310-34焦耳秒 普朗克爱因斯坦 按照爱因斯坦的理论，在光电效应中，金属 中的电子吸收一个光子获得的能量是 hv，这 些能量的一部分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 0 WhEk 2 1 2 oc hWmv 光子能量 逸出功 最大初动能 0 WhEk 条件 = W h 为截止频率，小于截止频率则不能发生光电效应。 最大初动能 2 0 1 2 c mvhW，可见频率越大，最大初动能越大。 单位时间逸 出电子个数 增加光强，单位时间内入射的光子数增加 吸收光子的电子数增

7、加，逸出电子数增加 时间 h h 能量足够，立即吸收，马上逸出； 能量不足，马上传递给其他粒子，不能累积。 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。 美国物理学家密立根，在1915年通过实验证实了爱 因斯坦方程。 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。 光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二 象性 密立根 【例1】关于光电效应，下列说法正确的是（ ） A光电效应说明光具有粒子性，它是爱因斯坦首先发现并加以理论解释的 B光电效应实验中，逸出的光电子来源于金属中的自由电子 C一束

8、光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短 D发生光电效应时光电子的最大初动能与人射光的频率成正比 0 WhEk B 【例2】下表给出了一些金属材料的逸出功现用波长为400nm的单色光 照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种？（普朗克常量h 6.61034Js，光速c3.0108m/s） A2种B3种C4种D5种 材料铯钙镁铍钛 逸出（1019J）3.04.35.96.26.6 J1095. 4J 10400 103 106 . 6 19 9 8 34 c hhE A 【例3】（多选）用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应.现将该单 色光的光强减弱，则 A.光电子的最大初动能不变 B.光电子的最大初动能减少 C.单位时间内产生的光电子数减少 D.可能不发生光电效应 AC 光强影响单位时间内产生的光电子数饱和电流 频率影响光电效应是否发生发生后的最大初动能 【例4】如图所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化关 系的图象，用单色光1和单色光2分别照射该金属时，逸出的光电子的最大 初动能分别为E