【高中物理】光电效应 课件 2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。

这个现象说明了什么问题？新课导入实验现象：锌板带负电，用紫外线灯照射后，验电器张开的指针夹角会变小。这意味着，紫外线会让电子从锌板表面逸出。实验视频1.光电效应（1）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。（2）逸出的电子称为光电子。（3）光电子定向移动形成的电流叫光电流

第二节

光电效应

第1课时光电效应

要想进一步研究光电效应的规律，只有通过光电效应实验来研究。想一想

光电管就是利用光电效应制成的一种光学元件，它的作用是把光信号转变为电信号。1.光电管光电效应的实验研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色(频率)等物理量间的关系。窗口3、光电效应的实验装置⑴阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极。⑵K在受到光照时能够发射光电子⑶阳极A吸收阴极K发出的光电子，形成光电流，光电流越大，说明光电效应越强。I阴极K与阳极A之间电压U的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。右图中所加的电压为正向电压，即A极的电势高于K极的电势。光电子从阴极K逸出后，在AK之间被电场加速。2、实验目的光电效应的实验窗口I一、光电效应的实验规律

（1）当入射光的频率减小到某一数值νc时，光电流消失，这表明已经没有光电子了，νc称为截止频率或极限频率。即入射光的频率必须大于截止频率νc才能发生光电效应。(发生光电效应的条件)（2）不同金属的截止频率νc不同，即截止频率与金属自身的性质有关。①当入射光频率ν

>νc时，电子才能逸出金属表面；②当入射光频率ν

<νc时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。1.存在截止频率（极限频率）νc→跟材料有关2.存在饱和电流一、光电效应的实验规律2.存在饱和电流窗口I一.光电效应的实验规律（1）光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值.（2）在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大.这是因为单位时间内发射的光电子数越多.这是因为光照不变时，K发射的电子数目一定。施加反向电压3.存在遏止电压一.光电效应的实验规律阳极阴极阴极阳极

－v②加反向电压，如图所示：

光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子做减速运动。若：①U=0时，I≠0，因为电子有初速度。则：I=0，式中Uc为遏止电压。3.存在遏止电压UC③遏止电压Uc

：使光电流减小到零的反向电压EEUFKA速率最大的是vc最大初动能一.光电效应的实验规律实验表明:

(1)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.(3)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)光的频率

改变时，遏止电压也会改变。一.光电效应的实验规律3.存在遏止电压UC实验结果：

即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的截止频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。

更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10－9秒（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。光电效应在极短的时间内完成4.光电效应具有瞬时性一.光电效应的实验规律窗口I勒纳德等人通过实验得出以下结论：①对于任何一种金属，都有一个截止频率，入射光的频率必须大于这个截止频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；②当入射光的频率大于截止频率时，入射光越强，饱和电流越大；③光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；④入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒.

一.光电效应的实验规律

人们知道，金属中原子外层的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，这是为什么呢？思考与讨论:二.光电效应解释中的疑难

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。金属原子原子核逸出功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。几种金属的截止频率和逸出功不同种类的金属，其截止频率和逸出功的大小也不相同。光电效应经典（光的电磁理论——光是电磁波）解释：⑴当光照射金属表面时，电子会吸收光的能量。若电子吸收的能量超过逸出功，电子就能从金属表面逸出，这就是光电子。⑵光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。⑸如果光很弱，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，这个时间远远大于实验中产生光电流的时间。⑶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；⑷光越强，光电子的初动能应该越大，所以截止电压Uc应该与光的强弱有关；后三个结论与实验结果相矛盾，

经典电磁理论更是无法解释。

二、光电效应经典解释中的疑难√√❌❌❌

能量量子化认为：电磁波的辐射和吸收是不连续的，一份儿一份儿的，每一份叫做一个能量子。普朗克爱因斯坦

爱因斯坦在普朗克量子假说的基础上，做了进一步假设，建立起光电效应理论。

爱因斯坦认为：光本身就是由一个个不可分割能量子组成的。每一份称为光量子，简称光子。E=hν光子的能量：1.光量子理论三、爱因斯坦的光电效应理论EK=hv-W0

金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hv，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能。通过这个方程爱因斯坦完美地解释了光电效应实验的规律。hv＝W0+EK——光电子最大初动能——金属的逸出功W0光电效应方程式中h叫普朗克常量(h=6.63×10-34J·s)注意：式中Ek是光电子的最大初动能,就某个光电子而言,其离开金属时的动能大小可以是0~Ek

范围内的任何数值。2、光电效应方程三、爱因斯坦的光电效应理论

①斜率k=h（普朗克常数）②横截距νc（极限频率）③纵截距为－W0（逸出功的负值）

3.光电效应图像三、爱因斯坦的光电效应理论(1)存在截止频率的解释就是光电效应的截止频率。EK=hv-W0⑵遏止电压的解释对某种金属W0一定，遏止电压Uc只与入射光的频率有关，与光强无关。eUc=hv-W0遏止电压三、爱因斯坦的光电效应理论⑶瞬时性的解释电子一次性吸收了光子的全部能量，所以自然不需要时间的积累。

对于同种频率的光，光较强时，单位时间内照射到金属表面的光子数较多,

照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。⑷饱和电流的解释到此为止光量子理论完美解释了光电效应的各种现象。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。（每个电子只能吸收一个光子，同时吸收两个光子的概率几乎为零）。三、爱因斯坦的光电效应理论EK=hv-W0某金属的Uc-v图像三、爱因斯坦的光电效应理论

根据光电效应测得h与普朗克黑体辐射得出的h在误差范围内一致，这为爱因斯坦的光电效应理论提供了直接的实验证据，因此爱因斯坦获得1921年诺贝尔物理学奖。

美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。

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。光子像其他粒子一样，也具有能量。光电效应显示了光的粒子性。4、密立根验证光电效应方程三、爱因斯坦的光电效应理论爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖两位wuli大佬课堂小结1.光电效应现象3.爱因斯坦光电效应方程及其对实验结论的解释Ek＝hν－W0●解释截止频率●解释饱和光电流●解释瞬时性●入射光越强，单位时间中发射的光电子越多●光电子的能量只与入射光的频率有关。入射光的频率低于截止频率（极限频率）时不能发生光电效应。2.光电效应规律●光电效应具有瞬时性光电效应的解释条件最大初动能单位时间逸出电子个数时间1.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光电效应的是()A.延长光照时间B.增大光的强度C.换用波长较短的光照射D.换用频率较低的光照射C2.光电效应的四条规律中，波动说仅能解释的一条规律是()

A.入射光的频率必须大于或等于被照金属的极限频率才能产生光电效应B.发生光电效应时，光电流的强度与入射光的强度成正比

C.光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大

D.光电效应发生的时间极短，一般不超过10⁻⁹sB3.下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是()

A.有的光是波，有的光是粒子

B.光子与电子是同样的一种粒子

C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著

D.大量光子产生的效果往往显示粒子性C4．(多选)如下图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，那么(

)A．A光的频率大于B光的频率B．B光的频率大于A光的频率C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向bD．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向aAC5.下列为四种金属的极限频率值：如果某单色光光子的频率为10×1014Hz，对上述哪种金属不会发生光电效应？(

)A．铯B．钠C．锌D．银金属铯钠锌银γ0/×1014Hz4.5456.0008.06511.530D6.以下对光电效应的解释，正确的是(

)A.金属内的每个电子可以吸收多个光子，吸收到一定程度便能从金属表面逸出B.金属内的每个电子只能吸收一个光子，故光的强度对能否发生光电效应无关C.用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大D.光电子的动能越大，光电子形成的电流强度就越大B7．用能量为5．0eV的光子照射某金属表面，金属发射光电子的最大初动能为1.5eV,则该金属的逸出功为（）

A．1．5eV B．3．5eVC．5．0eV

D．6．5eVB8.频率为ν的光照射某金属材料时，产生光电子的最大初动能为Ek.若改用频率为2ν的光照射同一种金属材料，则所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)(

)A．2Ek

B．Ek＋hνC．Ek－hνD．Ek＋2hνB9.一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该金属产生光电效应的是()A.延长光照时间B.增大光束的强度C.换用红光照射D.换用紫光照射D遏止电压-入射光频率：Uc-ν图像思考1：截距和斜率的物理意义分别是什么？思考2：如果将两种不同金属的Uc-ν曲线画在同一张图像中，会是怎样的？Uc-W0/eνc光子说的验证原理：练习：由密立根实验(Uc和v的关系)计算普朗克常量分析由光电效应公式可得：

对于一定金属，逸出功W0是确定的，电子电荷量e和普朗克常量h都是常量。所以遏止电压UC与光的频率ν之间是线性关系即：Uc—ν图象是一条斜率为的直线分