我们通过~的学习,知道了光是电磁波,它能很好地解释光的干涉衍射

1、 我们通过我们通过3434的学习，知道了光是电磁波，的学习，知道了光是电磁波，它能很好地解释光的干涉、衍射等现象，但是，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说明光的所有现象。光的电磁说并不能成功地说明光的所有现象。早在早在18871887年赫兹在做电磁的实验时，就偶然发年赫兹在做电磁的实验时，就偶然发现了一个后来被称作光电效应的现象，这个现现了一个后来被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。象使光的电磁说遇到了无法克服的困难。光电效应光电效应教学目的教学目的 知道光电效应的产生条件和规律；知道光电效应的产生条件和规律；了解光子说的建立过程；了

2、解爱因斯了解光子说的建立过程；了解爱因斯坦光电效应方程；对学生进行辩证唯坦光电效应方程；对学生进行辩证唯物主义的教育；了解光电效应的重要物主义的教育；了解光电效应的重要作用。作用。下面我们先来看一个实验下面我们先来看一个实验光电效应现象光电效应现象实验装置如图：实验装置如图：用紫外线照射锌片用紫外线照射锌片可清楚看到：可清楚看到：灵敏验电器指针张开灵敏验电器指针张开在光（包括不可见光）的照射下，从在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射电子的现象叫物体发射电子的现象叫 光电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

3、1.1.在演示光电效应的实验中，原来不带电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照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，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下面我们来继续探讨下面我们来继续探讨光电效应的基本规律光电效应的基本规律1 1、产生光电效应的条件、产生光电效应的条件科学

4、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。经研究后发现：生光电效应。经研究后发现：任何一种金属，都有一个任何一种金属，都有一个极限频率极限频率，入射光的频率必，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应，低于这个频须大于这个极限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。率的光，无

5、论光强怎样大，也不能产生光电效应。2 2、光电子的最大初动能、光电子的最大初动能 1 1、概念概念：光电效应中从金属出来的光电子，它们的：光电效应中从金属出来的光电子，它们的 初速度会有差异，初动能会有差异，其中最大者初速度会有差异，初动能会有差异，其中最大者 叫叫最大初动能最大初动能。2 2、最大初动能的测知和结论。最大初动能的测知和结论。如右图所示：如右图所示：光电子被置于电场中运动，且光电子光电子被置于电场中运动，且光电子所受电场力方向与光电子速度方向相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。反，光电子作减速运动。若若eU=mveU=mv2 2/2/2因电场对光电子做负功，

6、光电子动能变为因电场对光电子做负功，光电子动能变为0 0因此因此：“eU”eU”就代表了光电子的最大初动能。就代表了光电子的最大初动能。U+ + + + + + 一 一 一 一 一 一v根据上页所述，我们来看如图所示的实验：根据上页所述，我们来看如图所示的实验：不难明白，当图中电流表不难明白，当图中电流表G G 的的读数为读数为0 0时，伏特表时，伏特表V V的读数就的读数就是上页式中的是上页式中的“U U”。实验研究发现：实验研究发现：光电子的最大初动能与入射光的光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。增大而增大。GVAKR单色光单色光3

7、3、光电效应的产生时间、光电效应的产生时间GVAKR单色光单色光为了了解入射光照射金属多长时间才产生为了了解入射光照射金属多长时间才产生光电效应，光电效应，我们将图中电源的正负极反接，我们将图中电源的正负极反接，并适当调节电路的初始电压，并适当调节电路的初始电压，使光电子一使光电子一旦发出，电流表指针就偏转。旦发出，电流表指针就偏转。实验结果：即使入射光的强度非常微弱，实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只只要入射光频率大于被照金属的极限频率，要入射光频率大于被照金属的极限频率，电电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。转。更精确的研究推知，光电子发射

8、所经更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间至多为过的时间至多为10109 9 秒秒（这个现象一（这个现象一般称作般称作“光电子的瞬时发射光电子的瞬时发射”）。）。光电效应在极短的时间内完成 4 4、光电流强度的决定、光电流强度的决定结论：结论：当入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， 光电流强度与入射光的强度成正比。光电流强度与入射光的强度成正比。2.2.某单色光照射某金属时不能产生光电某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是光电效应的是( )( )A.A.延长光照时间延长光照时间B.B.增大光的强度

9、增大光的强度C.C.换用波长较短的光照射换用波长较短的光照射D.D.换用频率较低的光照射换用频率较低的光照射C3.3.一束细平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分一束细平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板离的三束光，分别照射到相同的金属板a a、b b、c c上，上，如图所示如图所示. .已知金属板已知金属板b b有光电子逸出，有光电子逸出，则可知则可知( )( )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【解析】

10、该题有考查综合分析能力的作用【解析】该题有考查综合分析能力的作用. .学学生要会融汇贯通，首先根据三棱镜对复色光生要会融汇贯通，首先根据三棱镜对复色光起的色散作用及其规律，即偏折角越大的光起的色散作用及其规律，即偏折角越大的光的频率越高，其次要知道发生光电效应的条的频率越高，其次要知道发生光电效应的条件，即入射光的频率大于极限频率件，即入射光的频率大于极限频率. .由题中可由题中可分析得，分析得，b b金属板有光电子放出，则照射到金属板有光电子放出，则照射到c c的光频率更高，的光频率更高，c c金属板一定有光电子放出，金属板一定有光电子放出，而而a a金属板是否发生光电效应，不能确定，综金属

11、板是否发生光电效应，不能确定，综上所述，答案为：上所述，答案为：D.D. 按照波动理论，光的能量是由光的强度决定按照波动理论，光的能量是由光的强度决定的，而光的强度又是由光波的振幅决定的，的，而光的强度又是由光波的振幅决定的，跟频率无关。因此无论光的频率如何，只要跟频率无关。因此无论光的频率如何，只要光的强度足够大或照射时间足够长，都能使光的强度足够大或照射时间足够长，都能使电子获得足够的能量产生光电效应。电子获得足够的能量产生光电效应。然而这然而这跟实验结果是直接矛盾的跟实验结果是直接矛盾的，所以无法用经典，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。的波动理论来解释光电效应。光子说光子说（1

12、1）普朗克的量子说）普朗克的量子说19001900年德国物理学家普朗克在研究年德国物理学家普朗克在研究“电磁场辐电磁场辐射的能量分布射的能量分布”时发现，只有认为电磁波的发时发现，只有认为电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，每一份的能量等于每一份的能量等于h，理论计算的结果，理论计算的结果才能跟实验事实完全符合。才能跟实验事实完全符合。普朗克恒量普朗克恒量sJh341063. 6（2 2）爱因斯坦的光子说）爱因斯坦的光子说 爱因斯坦在上述学说的启发下爱因斯坦在上述学说的启发下, ,于于19051905年提年提出光的光子说出光的光子说,

13、,在空间传播的光也不是连续的在空间传播的光也不是连续的, ,而是一份一份的而是一份一份的, ,每一份叫做一个光子每一份叫做一个光子, ,光子的光子的能量与频率成正比能量与频率成正比. . （3 3）光子说对光电效应的解释）光子说对光电效应的解释当光子照射到金属上时当光子照射到金属上时, ,它的能量可以被金属它的能量可以被金属中某个电子全部吸收中某个电子全部吸收, ,电子吸收能量足够大电子吸收能量足够大, ,能能克服金属内部的引力做功克服金属内部的引力做功, ,离开金属表面逃逸离开金属表面逃逸出来出来, ,成为光电子成为光电子. .（4 4）爱因斯坦的光电方程）爱因斯坦的光电方程kE光电子最大初

14、动能光电子最大初动能 金属的逸出功金属的逸出功 0wh4.4.氢氖激光器发射的波是波长为氢氖激光器发射的波是波长为63286328埃的单色光，埃的单色光，试计算这种光的一个光子能量为多少试计算这种光的一个光子能量为多少? ?若该激光器若该激光器的发光功率的发光功率18mW18mW，则每秒钟发射多少个光子，则每秒钟发射多少个光子? ?【解析】光子的能量：【解析】光子的能量：E=hE=h，或，或E=hc/E=hc/ ，知道光，知道光子的波长就可计算每个光子的能量子的波长就可计算每个光子的能量. .而每秒钟发出而每秒钟发出的光的总能量应当为每秒内的光子数与每个光子能的光的总能量应当为每秒内的光子数与

15、每个光子能量的乘积量的乘积. . 根据光子说，根据光子说， E=hc/E=hc/ = =3.143.141010-19-19J=1.96eVJ=1.96eV， 因为发光功率等于光子的总能量与时间的比值，因为发光功率等于光子的总能量与时间的比值，所以单位时间内发射的光子数为：所以单位时间内发射的光子数为：n=Pt/E=5.75n=Pt/E=5.7510101616个个. .5.5.某广播电台发射功率为某广播电台发射功率为10kW10kW，在空气中波长为，在空气中波长为187.5m187.5m的电磁波，试求：的电磁波，试求： (1)(1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子该电台每秒钟从天线发射多少个

16、光子? ? (2) (2)若发射的光子向四面八方视为均匀的，求在离天若发射的光子向四面八方视为均匀的，求在离天线线2.5km2.5km处，直径为处，直径为2m2m的环状天线每秒接收的光子的环状天线每秒接收的光子个数个数. .接收功率为多大接收功率为多大? ?【解析】本题一是考查能量守恒问题，二是考查光【解析】本题一是考查能量守恒问题，二是考查光子与光子能量问题，三是几何知识在物理学中的运子与光子能量问题，三是几何知识在物理学中的运用用. . (1) (1)每个光子的能量：每个光子的能量：E=hE=h = =hc/hc/ = =1.061.061010-27-27J J，则每秒钟电台发射上述波长

17、的光子数为：则每秒钟电台发射上述波长的光子数为： N=Pt/E=10N=Pt/E=103131( (个个/ /秒秒). ).(2)(2)设环状天线每秒接收光子数为设环状天线每秒接收光子数为n n个，以电个，以电台发射天线为球心，则半径为台发射天线为球心，则半径为R R的球面积的球面积S=4S=4 R R2 2；而环状天线的面积而环状天线的面积S= S= r r2 2，所以，所以 n=n= r r2 2/(4/(4 R R2 2) ) N=4N=410102323个；个；接收功率接收功率:P= :P= r r2 2/(4/(4 R R2 2) ) P P总总=4=41010-4-4W.W. 解此

18、题之后，应当清楚地知道为什么离发解此题之后，应当清楚地知道为什么离发射台射台越远，电磁波的信号就越弱的原因了越远，电磁波的信号就越弱的原因了. .搞清两个概念搞清两个概念问问1 1：“光电子的最大初动能大，光电子就跑得快；光电子的最大初动能大，光电子就跑得快；光电子光电子 跑得快，光电流就强跑得快，光电流就强”。这话对不对？。这话对不对？ 答：不对。答：不对。“快快”与与“不快不快”不等同光电流强与不不等同光电流强与不强。一个光电子跑得再快，后面的不跟上，光电流还强。一个光电子跑得再快，后面的不跟上，光电流还是不强。电流的强弱，取决于单位时间里通过导体截是不强。电流的强弱，取决于单位时间里通过

19、导体截面的电量多少，即取决于通过同一截面的平均两个电面的电量多少，即取决于通过同一截面的平均两个电荷间的时间间隔，光电流就大，否则就小。这与单个荷间的时间间隔，光电流就大，否则就小。这与单个电子跑得快不快的概念是不同的。电子跑得快不快的概念是不同的。 问问2 2：“光的强度由光子数的多少决定光的强度由光子数的多少决定”你怎样理解你怎样理解这话的含意？这话的含意？答：这是对频率已经确定的单色光而言的。因为对答：这是对频率已经确定的单色光而言的。因为对于频率已经确定为于频率已经确定为 的单色光，每个光子的能量为的单色光，每个光子的能量为E Ehh，如果每秒照射到垂直于光传播方向的单位面，如果每秒照

20、射到垂直于光传播方向的单位面积上的光子数为积上的光子数为N N，则光的强度，则光的强度I IN hN h。式中。式中 与与 h h 都已确定，则都已确定，则 I I 仅由仅由 N N决定。如果不是单色光，决定。如果不是单色光，频率就不只一个，情况就复杂一些，光强需由光子频率就不只一个，情况就复杂一些，光强需由光子数和频率共同决定。数和频率共同决定。6.6.关于光电效应下述说法中正确的是关于光电效应下述说法中正确的是( )( )A.A.光电子的最大初动能随着入射光的强度光电子的最大初动能随着入射光的强度增大增大 而增大而增大B.B.只要入射光的强度足够强，照射时间足只要入射光的强度足够强，照射时

21、间足够长，就一定能产生光电效应够长，就一定能产生光电效应C.C.在光电效应中，饱和光电流的大小与入在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关射光的频率无关D.D.任何一种金属都有一个极限频率，低于任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应这个频率的光不能发生光电效应【解析】可根据光电效应的四条规律进行分析光电【解析】可根据光电效应的四条规律进行分析光电子的最大初动能是随着入射光的频率的增大而增大，子的最大初动能是随着入射光的频率的增大而增大，与光强无关，与光强无关，A A错；而光电效应产生的条件是入射光错；而光电效应产生的条件是入射光的频率大于或等于金属的极限频率，的

22、频率大于或等于金属的极限频率，B B错；在答案错；在答案CC中，当入射光的频率大于极限频率的前提下，饱和电中，当入射光的频率大于极限频率的前提下，饱和电流与光强成正比，若入射光强度一定时，入射光的光流与光强成正比，若入射光强度一定时，入射光的光子数便取决于光子的能量了，光强一定时光子的能量子数便取决于光子的能量了，光强一定时光子的能量越大，则单位时间内的光子数就越少，单位时间内入越大，则单位时间内的光子数就越少，单位时间内入射光子数少，则打出的光电子数就少，饱和光电流就射光子数少，则打出的光电子数就少，饱和光电流就越小了，所以在光强一定时，入射光的频率越大，则越小了，所以在光强一定时，入射光的频率越大，则饱和光电流越小，本题答案饱和光电流越小，本题答案D.D.光电效应应用光电效应应用 光电效应的突出特点是光电