2.1-2.2光电效应及解释解析

1、第一节 光 电 效 应 麦克斯韦麦克斯韦 光的电磁说使光的光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地波动理论发展到相当完美的地步。步。 但是：早在但是：早在1887年年赫兹赫兹在作电磁的实验时，就偶然在作电磁的实验时，就偶然发现了一个后来被称作光电发现了一个后来被称作光电效应的现象，这个现象使光效应的现象，这个现象使光的电磁说遇到了无法克服的的电磁说遇到了无法克服的困难。困难。赫赫赫兹赫兹一、光电效应现象光电效应实验装置图1.1.用弧光灯照射锌板验电器指针张开，说明什么？用弧光灯照射锌板验电器指针张开，说明什么？2.2.用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近锌板，指针张角增大，用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近锌板，

2、指针张角增大，说明什么？说明什么？锌板带了电（电的性质不清楚）锌板带了电（电的性质不清楚）锌板带了正电锌板带了正电1.1.光电效应：在光（包括不可见光）的照射下，从光电效应：在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射出电子的现象。物体发射出电子的现象。3 3. .光电子：在光电效应中发射出的电子。光电子：在光电效应中发射出的电子。 光电流：由光电子形成的电流。光电流：由光电子形成的电流。2 2. .入射光照射到金属上，光电子的发射几乎是瞬时入射光照射到金属上，光电子的发射几乎是瞬时的，的，一般不超过一般不超过1010-9 -9 s s。4.光电管：就是利用光电效应把光信号转变成电信号的一种传感器

3、。 光电管的工作原理:为了把光电子尽可能多地收集到阳极，以增强光电流，通常还在光电管两极加上正向电压，如图所示，光电流在电阻的两端产生电压Uab，随着入射光的强弱变化而变化。这样，光电管就把光信号变成了电信号。1.1.用紫光照射用紫光照射K K, ,有光电流有光电流. .2.2.用红光照射用红光照射K K, ,无光电流无光电流. .3.3.增大红光强度仍无光电流增大红光强度仍无光电流. .以上现象说明什么以上现象说明什么? ? 任何一种金属都对应一个极限频率任何一种金属都对应一个极限频率 0 0，入，入射光的频率射光的频率 只有大于极限频率只有大于极限频率 0 0 , ,才能产生光才能产生光电

4、效应电效应. .实验探究:光电效应规律4.4.紫光照射，增加电压紫光照射，增加电压U U, ,光电光电流增大，趋于一个流增大，趋于一个饱和值饱和值. .5.5.增大紫光强度增大紫光强度, ,饱和电流增饱和电流增大大. .以上现象说明什么以上现象说明什么? ? 入射光越强入射光越强, ,单位时间内发射的光电子数越多单位时间内发射的光电子数越多. .实验探究:光电效应规律思考：为什么光的波动理论无法解释光电效应？振幅（光强）越大，光能越大，光的振幅（光强）越大，光能越大，光的能量与频率无关能量与频率无关光的波动理论描述光的能量光的波动理论描述光的能量1、极限频率极限频率2、光电效应的瞬时性光电效应

5、的瞬时性光电效应中出现的现象光电效应中出现的现象光的波动理论在解释光电光的波动理论在解释光电效应时遇到了巨大的困难。后效应时遇到了巨大的困难。后来，爱因斯坦在普朗克量子化来，爱因斯坦在普朗克量子化理论的启发下，提出了光子学理论的启发下，提出了光子学说说普朗克普朗克爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦：光子说 在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子，光子的能量跟它的频率成正比。每一份叫一个光子，光子的能量跟它的频率成正比。 E=hE=h : : （普朗克恒量：（普朗克恒量：h=6.63h=6.631010-34-34 Js Js）（红橙黄绿蓝靛紫

6、：频率越来越大，能量越来越大）（红橙黄绿蓝靛紫：频率越来越大，能量越来越大） 逸出功逸出功W W0 0：金属表面上的电子从金属中逸出需金属表面上的电子从金属中逸出需克服原子核的引力所做的功。克服原子核的引力所做的功。光电效应方程：mVmVm m2 22 = h2 = h W W0 0当当V Vm m=0 =0 时，时， 为极限频率为极限频率 0 0 , , 0 0=W=W0 0/h/h只有当只有当 W W0 0/h/h，才能发生光电效应才能发生光电效应 6.6.调节调节R R, ,使电压使电压U U=0,=0,但但 I I0.0.7. 7. 施加反向电压施加反向电压, , 调节调节R R, ,

7、 U U 增大时，增大时，I I 减小减小 当电压为当电压为U U0 0时时, ,I I=0. =0. ( (反向电压反向电压U U0 0称为称为遏止电压遏止电压) ) 以上现象说明什么以上现象说明什么? ?1.1.光电子有初动能光电子有初动能. .2.2.光电子的最大初动能光电子的最大初动能 mvmvmaxmax2 2/ /2=2=eUeUc c实验探究:光电效应规律8.8.增大入射蓝光的强度增大入射蓝光的强度, , I I=0, =0, U Uc c不变不变. .9.9.改用频率更大的紫光照改用频率更大的紫光照 射射, ,使使I I=0, =0, U Uc c增大增大. . 以上现象说明什

8、么以上现象说明什么? ?光电子的能量与入射光的频率有关光电子的能量与入射光的频率有关, ,与入与入射光的强弱无关射光的强弱无关. .实验探究:光电效应规律光电效应规律总结1.1.任何一种金属都对应一个极限频率任何一种金属都对应一个极限频率, ,入射光的频率只入射光的频率只有大于极限频率有大于极限频率, ,才能产生光电效应才能产生光电效应. .2.2.光电子的最大初动能与入射光的强度光电子的最大初动能与入射光的强度（单位时间内（单位时间内发射光子数目多）发射光子数目多）无关无关, ,只随入射光的频率只随入射光的频率（决定每个（决定每个光子的能量）光子的能量）增大而增大增大而增大. .3.3.当入

9、射光的频率大于极限频率时当入射光的频率大于极限频率时, ,在单位时间发射的在单位时间发射的光电子数跟入射光的强度成正比光电子数跟入射光的强度成正比. .巩固1 光电效应实验的装置如图光电效应实验的装置如图, ,则下面说法中正确则下面说法中正确的是的是A.A.用紫外光照射用紫外光照射, ,验电器指针会发生偏转验电器指针会发生偏转. .B.B.用红色光照射用红色光照射, ,验电器指针会发生偏转验电器指针会发生偏转. .C.C.使验电器指针发生偏转的是正电荷使验电器指针发生偏转的是正电荷. .D. D. 锌板带的是负电荷锌板带的是负电荷. .【ACAC】巩固2 某单色光照射某金属时不能产生光电效应某

10、单色光照射某金属时不能产生光电效应, ,则则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是下述措施中可能使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.增大光的强度增大光的强度C.C.换用波长较低的光照射换用波长较低的光照射D.D.换用频率较低的光照射换用频率较低的光照射【C C】巩固3用绿光照射一光电管用绿光照射一光电管, ,能产生光电效应能产生光电效应. .欲使光电子从阴极欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大逸出时的最大初动能增大, ,应应A.A.改用红光照射改用红光照射B.B.增大绿光的强度增大绿光的强度C.C.增大光电管上的加速电压增大光电管上的加速电压D.D.改用紫光照射改

11、用紫光照射. .【D D】巩固4用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应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，则现将该单色光的光强减弱，则A.A.光电子的最大初动能不变光电子的最大初动能不变B.B.光电子的最大初动能减少光电子的最大初动能减少 C.C.单位时间内产生的光电子数减少单位时间内产生的光电子数减少D.D.可能不发生光电效应可能不发生光电效应【ACAC】巩固5一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光离的三束光, ,分别照射到相同的金属板分别照射到相同的金属板a a、b b、c c上上, ,如图所示

12、如图所示, ,已知金属板已知金属板b b有光电子放出有光电子放出, ,则则A.A.板板a a一定不放出光电子一定不放出光电子B.B.板板a a一定放出光电子一定放出光电子C.C.板板c c一定不放出光电子一定不放出光电子D.D.板板c c一定放出光电子一定放出光电子 【D D】巩固6电键电键K K断开时断开时, ,用光子能量为用光子能量为2.5eV2.5eV的一束光照射阴的一束光照射阴极极P P, ,发现电流表读数不为零发现电流表读数不为零. .合上电键合上电键, ,调节滑线调节滑线变阻器变阻器, , 当电压表读数大于或等于当电压表读数大于或等于0.60V0.60V时时, ,电流电流表读数为零

13、表读数为零. .由此可知阴极材料的逸出功为由此可知阴极材料的逸出功为A.1.9eVA.1.9eVB.0.6eVB.0.6eVC.2.5eV C.2.5eV D.3.1eVD.3.1eV 【A A】巩固7 在在X X射线管中射线管中, ,由阴极发射的电子被加速后打由阴极发射的电子被加速后打到阳极到阳极, ,会产生包括会产生包括X X光在内的光子光在内的光子, ,其中光子能量其中光子能量的最大值等于电子的动能的最大值等于电子的动能. .已知阳极与阴极之间的已知阳极与阴极之间的电势差电势差U U, ,普朗克常数普朗克常数h h, ,电子电量电子电量e e和光速和光速c c, ,求该求该X X射线管发

14、出的射线管发出的X X光的最大频率和最小波长光的最大频率和最小波长. .heUeUhc巩固8 用不同频率的紫外光分别照射钨和锌的表面用不同频率的紫外光分别照射钨和锌的表面而产生光电效应而产生光电效应, ,可得到光电子最大初动能可得到光电子最大初动能E Ek k随入随入射光频率射光频率 变化的变化的E Ek k - - 图图. .已知钨的逸出功是已知钨的逸出功是3.28eV,3.28eV,锌的逸出功是锌的逸出功是3.34eV,3.34eV,若将二者的图线画若将二者的图线画在同一个在同一个E Ek k - - 坐标图中坐标图中, ,用实线表示钨、虚线表示用实线表示钨、虚线表示锌锌, ,则正确反映这

15、一过程的图是则正确反映这一过程的图是【A A】巩固9 人眼对绿光最为敏感人眼对绿光最为敏感. .正常人的眼睛接收到波正常人的眼睛接收到波长为长为530nm530nm的绿光时的绿光时, ,只要每秒有只要每秒有6 6个绿光的光子射个绿光的光子射入瞳孔入瞳孔, ,眼睛就能察觉眼睛就能察觉. .普朗克常量为普朗克常量为6.636.631010- -3434Js,Js,光速为光速为3.03.010108 8m/s,m/s,则人眼能察觉到绿光时则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是所接收到的最小功率是A.2.3A.2.31010-18-18W WB.3.8B.3.81010-19-19W WC.7.0C.7.01010-48-48W WD.1.2D.1.21010-48-48W W【