光电效应教科版选修

1、复习：普朗克的能量子说复习：普朗克的能量子说黑体在辐射或吸收能量时，是一份一份地辐射黑体在辐射或吸收能量时，是一份一份地辐射或吸收的，每一份叫做一个能量子，每一个能或吸收的，每一份叫做一个能量子，每一个能量子的能量量子的能量=h1实用精品课件PPT2 科学的转折：科学的转折：光的粒子性光的粒子性2实用精品课件PPT 我们通过选修我们通过选修3434的学习，知道了光是的学习，知道了光是电磁波，它能很好地解释光的干涉、衍射电磁波，它能很好地解释光的干涉、衍射等现象，但是，光的电磁说并不能成功地等现象，但是，光的电磁说并不能成功地说明光的所有现象。早在说明光的所有现象。早在18871887年赫兹在做

2、年赫兹在做电磁的实验时，就偶然发现了一个后来被电磁的实验时，就偶然发现了一个后来被称作光电效应的现象，这个现象使光的电称作光电效应的现象，这个现象使光的电磁说遇到了无法克服的困难。磁说遇到了无法克服的困难。 重新提出“光的粒子性”3实用精品课件PPT光电效应光电效应下面我们先来看一个实验下面我们先来看一个实验4实用精品课件PPT一、光电效应现象一、光电效应现象实验装置如图：实验装置如图：用紫外线照射锌板用紫外线照射锌板可清楚看到：可清楚看到：灵敏验电器指针张开灵敏验电器指针张开金属在光（包括不可见光）的照射下，从表金属在光（包括不可见光）的照射下，从表面逸出电子的现象叫面逸出电子的现象叫 光电

3、效应光电效应发射出来的电子叫发射出来的电子叫光电子光电子光电子定向移动形成的电流叫光电子定向移动形成的电流叫光电流光电流在紫外线的照射下，在紫外线的照射下，有电子从锌板飞出，有电子从锌板飞出，锌板带了正电。锌板带了正电。5实用精品课件PPT2 2、存在着遏止电压和截止频率、存在着遏止电压和截止频率下面我们来继续探讨下面我们来继续探讨二、光电效应的基本规律二、光电效应的基本规律3 3、效应具有瞬时性、效应具有瞬时性1 1、存在着饱和电流、存在着饱和电流6实用精品课件PPT1 1、存在着饱和电流、存在着饱和电流实验表明：实验表明：入射光越强，饱和电流越大；入射光越强，饱和电流越大；入射光越强，单位

4、时间内发射的光电子数越多。入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。光照不变，增大光照不变，增大UAK，G表中电流表中电流达到某一值后不再增大，即达到达到某一值后不再增大，即达到饱和值。饱和值。因为光照条件一定时，因为光照条件一定时，K发射的发射的电子数目一定。电子数目一定。单色光单色光阳极GVAKR阴极7实用精品课件PPT2 2、存在着遏止电压和截止频率、存在着遏止电压和截止频率(1)(1)存在遏止电压存在遏止电压U :U :c使光电流减小到零的反向电压U+ + + + + + 一 一 一 一 一 一v加反向电压，如右图所示：加反向电压，如右图所示：光电子所受电场力方向与光电子光电子所受电场

5、力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运速度方向相反，光电子作减速运动。若动。若eUcvmce221cv速率最大的是最大的初动能U=0时，时，I0， 因为电子有初速度因为电子有初速度则则I=0，式中，式中UC为为遏止电压遏止电压8实用精品课件PPT我们来看如图所示的实验：我们来看如图所示的实验：GVAKR单色光单色光实验表明实验表明:对于一定颜色对于一定颜色(频率频率)的光的光, 无论光的强弱如何无论光的强弱如何,遏止电压是一样的遏止电压是一样的.当图中电流表当图中电流表G G 的读数为的读数为0 0时，时，伏特表伏特表V V的读数就是下式中的的读数就是下式中的“U Uc c”。阳极阴极eU

6、cvmce2219实用精品课件PPT2 2、存在着遏止电压和截止频率、存在着遏止电压和截止频率科学家曾做过类似于左图科学家曾做过类似于左图 的实的实验，他们用不同的单色光照射验，他们用不同的单色光照射某种金属，看看哪些频率的光某种金属，看看哪些频率的光照射时能产生光电效应。再用照射时能产生光电效应。再用不同的单色光照射别的金属，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又看看哪种频率的光照射时产生光电效应。生光电效应。任何一种金属，都有一个任何一种金属，都有一个截止频率率，入射光的频率必，入射光的频率必须大于这个须大于这个截止截止频率频率才能产生光电效应，低于这个频才能产生光电效应，

7、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。同金属的截止频率不同。(2)(2)存在截止频率存在截止频率 : :c经研究后发现：经研究后发现：10实用精品课件PPT3 3、效应具有瞬时性、效应具有瞬时性GVAKR单色光单色光实验结果：即使入射光的强度实验结果：即使入射光的强度非常微弱，非常微弱，只要入射光频率大只要入射光频率大于被照金属的极限频率，于被照金属的极限频率，电流电流表指针也几乎是随着入射光照表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。射就立即偏转。更精确的研究推知，光电子发更精确的研究推知，光电子发射所经过的

8、时间不超过射所经过的时间不超过10109 9 秒秒（这个现象一般称作（这个现象一般称作“光电子光电子的瞬时发射的瞬时发射”）。）。光电效应在极短的时间内完成 11实用精品课件PPT 以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所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。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三、光电效应解释中的疑难逸出功逸出功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逸出功。光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。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，所以遏止电光越强，光电子的初

9、动能应该越大，所以遏止电压压UC应与光的强弱有关。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。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，钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于这个时间远远大于10 S。-9实验表明实验表明:对于一定颜色对于一定颜色(频率频率)的光的光, 无论光的强弱如何无论光的强弱如何,遏止电压是一样的遏止电压是一样的.温度不很

10、高时，电子不能大量逸出，是由于受温度不很高时，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。脱出来，必须克服这个引力做功。12实用精品课件PPT四、爱因斯坦的光电效应方程四、爱因斯坦的光电效应方程（1 1）光子：）光子：光本身就是由一个个不可分割的光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为能量子组成的，频率为的光的的光的能量子为能量子为h 。这些能量子后来被。这些能量子后来被称为称为光子光子。爱因斯坦的光子说爱因斯坦的光子说hE 爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了

11、启发，他提出：发，他提出：13实用精品课件PPT（2）爱因斯坦的光电效应方程）爱因斯坦的光电效应方程四、爱因斯坦的光电效应方程四、爱因斯坦的光电效应方程（1 1）光子：）光子：0WEhk0WhEk或光电子最大初动能光电子最大初动能 金属的逸出功金属的逸出功 W0221cekvmE 一个电子吸收一个光子的能量一个电子吸收一个光子的能量h后，一部分能后，一部分能量用来克服金属的逸出功量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸，剩下的表现为逸出后电子的初动能出后电子的初动能Ek，即：，即：14实用精品课件PPT（3 3）光子说对光电效应的解释）光子说对光电效应的解释爱因斯坦方程表明，光电子的初动能爱

12、因斯坦方程表明，光电子的初动能E Ek k与与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当有当hhWW0 0时，才有光电子逸出，时，才有光电子逸出， 就是就是光电效应的截止频率。光电效应的截止频率。hWc0电子一次性吸收光子的全部能量，不需要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积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。生的。光强较大时，包含的光子数较多，照射金光强较大时，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。属时产生的光电子多，因而饱和电流大。15实用精品课件PPT思考与讨论课本P36ceUWh0

13、cceKeUvm：E221因为可得代入0WhEk16实用精品课件PPT（1 1）. .在演示光电效应的实验中，原来不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光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，个角度，如图所示，这时这时( )( )A.A.锌板带正电，指针带负电锌板带正电，指针带负电B.B.锌板带正电，指针带正电锌板带正电，指针带正电C.C.锌板带负电，指针带正电锌板带负电，指针带正电D.D.锌板带负电，指针带负电锌板带负电，指针带负电B练习练习P19017实用精品课件PPT（2

14、2）一束黄光照射某金属表面时，不）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该金属产生光电效应的是( )( )A.A.延长光照时间延长光照时间B.B.增大光束的强度增大光束的强度C.C.换用红光照射换用红光照射D.D.换用紫光照射换用紫光照射D练习练习P19018实用精品课件PPT练习练习课本课本P391、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想想看，这种光是否一定最亮？为什么？想看，这种光是否一定最亮？为什么？在可见光范围内，紫光的光子能量最大，因为其在可见光范围内，

15、紫光的光子能量最大，因为其频率最高。频率最高。紫光不是最亮的。紫光不是最亮的。一为光强，一为光强，因为光的亮度由两个因素决定，因为光的亮度由两个因素决定，二为人眼的视觉灵敏度。二为人眼的视觉灵敏度。在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中心部位在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中心部位的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮。的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮。19实用精品课件PPT练习练习课本课本P392、在光电效应实验中、在光电效应实验中 （1）如果入射光强度增加，将产生什么结果？）如果入射光强度增加，将产生什么结果？（2）如果入射光频率增加，将产生什么结果？）如果入射光频率增加，将

16、产生什么结果？（1）当入射光频率高于截止频率时，光强增加，）当入射光频率高于截止频率时，光强增加，发射的光电子数增多；发射的光电子数增多； 当入射光频率低于当入射光频率低于截止频率时，无论光强怎么增加，都不会有光截止频率时，无论光强怎么增加，都不会有光电子发射出来。电子发射出来。 （2）入射光的频率增加，发射的光电子最大初）入射光的频率增加，发射的光电子最大初动能增加。动能增加。20实用精品课件PPT练习练习课本例题P36分析ceUWh0由上面讨论结果eWehUc0可得： 对于一定金属，逸出功对于一定金属，逸出功W0是确定的，电子电荷是确定的，电子电荷e和普朗克常量和普朗克常量h都是常量。都是

17、常量。所以遏止电压UC与光的频率之间是线性关系eW0hW0即：Uc图象是一条斜率为 的直线eh21实用精品课件PPT练习练习课本例题P36分析ceUWh0由上面讨论结果eWehUc0可得：eW0hW0cceKeUvm：E221因为遏止电压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所以与遏止电压U Uc c=0=0对应的频率应该是截止频率对应的频率应该是截止频率c c00ceUWh0WhC22实用精品课件PPT由以上分析可知：由以上分析可知：根据数据作根据数据作Uc图象即可求得图象即可求得遏止电压遏止电压U Uc c=0=0对应的频率就是

18、截止频率对应的频率就是截止频率c cU Uc c图象是一条斜率为图象是一条斜率为 的直线的直线eh23实用精品课件PPT练习练习课本课本P395 5、根据图、根据图17.2-217.2-2所示研究光电效应的电路，利用能所示研究光电效应的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的光来进够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。朗克常量的关系式。GVAKR单色光单色光分析：阳极与电源负

19、极相接分析：阳极与电源负极相接 阴极与电源正极相接阴极与电源正极相接测出两种不同频率测出两种不同频率1、2光的遏止电压光的遏止电压U1、U2代入公式：代入公式：ceUWh024实用精品课件PPT101eUWh202eUWh 当入射光频率分别为当入射光频率分别为1、2时，测出遏止电压时，测出遏止电压U1、U2，由爱因斯坦光电效应方程可得，由爱因斯坦光电效应方程可得联立上两式，解得联立上两式，解得eUUh2121其中其中e为电子的电量，测出为电子的电量，测出U1与与U2就可测出普朗克就可测出普朗克常量常量25实用精品课件PPT实验步骤：实验步骤：（1 1）将图）将图17.2-217.2-2电路图电源正负对调，滑动变阻器电路图电源正负对调，滑动变阻器滑动触头滑至最左边，用频率为滑动触头滑至最左边，用频率为1 1 的光照射，此时的光照射，此时电流表中有电流。电流表中有电流。将滑动变阻器滑动触头缓慢右滑，将滑动变阻器滑动触头缓慢右滑，同时观察电流表，当电流表示数为零时，停止滑动。同时观察电流表，当电流表示数为零时，