光的粒子性 课件-高二下学期物理人教版选修3-5

第十七章波粒二象性第二节光的粒子性

问题：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？把一块锌板连接到验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用弧光灯(紫外线灯)照射锌板，观察验电器指针的变化。这个现象说明了什么？演示：说明锌板在光照射下失去电子(紫外线灯)定义：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。这个现象称为光电效应。发射出来的电子叫做光电子1、光电效应的实验规律F电正向I=q/t=ne(分压)该电路用来研究光电效应中电子发射情况与照射光的强弱、光的颜色(频率)等物理量之间的关系n的大小取决于哪些因素？关系怎样？1、光电效应的实验规律①存在着饱和电流光照不变，增大UAK，A表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。(饱和电流怎样出现的？）说明光照条件一定时，单位时间内K发射的光电子数目一定。实验表明：在光颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。I=ne1、光电效应的实验规律反向I=q/t=ne(分压)F电a.存在遏止电压UC实验表明:对于一定颜色(频率)的光,无论光的强弱如何,遏止电压是一样的.光的频率改变时，遏止电压也会改变。光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。②存在遏止电压和截止频率实验表明，当入射光的频率减小到某一数值c时，即使不施加反向电压也没有光电流，这表明已经没有光电子了。c称为截止频率或极限频率对于每种金属材料都相应的有一确定的截止频率c，不同的金属材料截止频率不同。当入射光频率>c

时，电子才能逸出金属表面；(那=c?

)当入射光频率<c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。即不发生光电效应b.存在截止频率c③具有瞬时性实验结果：当入射光频率超过被照金属的截止频率c

时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流。精确的测量表明产生电流的时间不超过10－9秒，即光电效应几乎是瞬时发生的。

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。逸出功W0使电子脱离某种金属克服原子核引力所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。不同金属的逸出功不同按照光的电磁理论，应得出如下结论：①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压UC应与光的强弱有关。②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。③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，这个时间远远大于10－9S。但实验表明:对于一定颜色(频率)的光,无论光的强弱如何,遏止电压是一样的.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，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。2、光电效应解释中的疑难①.内容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组成的，频率为的光的能量子为h，这些能量子后来称为光子。在光子学说下光的强度为P=Nh②.爱因斯坦的光电效应方程为光电子的最大初动能。3、爱因斯坦关于“光的粒子性”的学说——光子说或4.光子说对光电效应的解释①爱因斯坦方程表明，光电子的最大初动能Ek与入射光的频率有关(成线性关系)，与光的强弱无关。只有当hν>W0

时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。②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生的。③对于同种颜色(频率相同)的光，光较强时，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。

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。

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。5.光电效应理论的验证

美国物理学家密立根，花了十年