高中物理第四章波粒二象性第2节光电效应与光的量子说

第二节光电效应与光量子说1/38一、光电效应、光波动说困难1．定义：光照射在金属表面上时，金属中电子因吸收光能量而逸出金属表面现象．2．光电效应特征(1)任何金属均存在截止频率(极限频率)，只有________截止频率，才能引发光电效应．(2)发生光电效应时，光电流大小由______决定，______越大，光电流越大．(3)光电子最大初动能与入射光频率成_____关系．(4)光电效应含有瞬时性，发生时间不超出10－9s.3．光波动说无法解释光电效应现象．超出光强光强线性自主学习2/38二、光量子概念提出、光电效应方程1．光子说：爱因斯坦提出，在空间传输光不是连续，而是一份一份，每一份叫做一个光量子，简称_______2．光子能量ε＝hν，其中ν指光______光电效应显示了光_______3．光电效应方程：______________4．光量子说能很好地解释光电效应现象．光子．频率．粒子性．hν＝mv2＋W3/38问题1：人类对光本性认识发展经历了哪些主要过程？4/38小结：人类对光本性认识历史进程：微粒说：认为光是一个粒子代表人物：牛顿

波动说：认为光是一个波代表人物：惠更斯光电磁说：光是电磁波提出者：麦克斯韦5/38用弧光灯照射擦得很亮锌板，(注意用导线与不带电验电器相连），使验电器张角增大到约为30度时，再用与丝绸磨擦过玻璃棒去靠近锌板，则验电器指针张角会变大。。试验：光电效应现象表明锌板在射线照射下失去电子而带正电学习活动一．认识光电效应6/38小结：光电效应与光电流：物体在光照射下发射电子现象叫光电效应，发射出来电子叫光电子。光电管就是利用光电效应制成一个光学元件，它作用是把光信号转变为电信号因为光电效应在电路中形成电流叫光电流。7/38问题2：光电效应试验得出了哪些规律？学习活动二光电效应试验规律8/38阳极阴极石英窗

光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。光电子在电场作用下形成光电流。光电效应试验9/38阳极阴极

将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场妨碍作用。

当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压到达某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称遏止电压。遏止电压10/38光强较弱光电效应伏安特征曲线光电效应试验装置IUcOU遏止电压阳极阴极光电效应试验规律11/38Ua光电效应试验装置IIsOU光强较强光强较弱光电效应伏安特征曲线遏止电压饱和电流光电效应试验规律阳极阴极12/38光电效应规律：光电效应试验规律：④光电效应发生时间非常短暂，几乎不需要时间①只有当入射光频率高于某一频率v0时才能发生光电效应，把这一频率v0叫极限频率

②单位时间内发射光电子数目跟入射光强度成正比③光电子最大初动能只跟入射光强度无关，它随入射光频率增大而增大13/38问题3：光电效应试验规律与经典电磁理论产生了什么矛盾？学习活动三．光电效应解释中疑难

14/38波动理论对光电效应解释困难：波动理论光电效应试验结果困难1光能由振幅决定，与光频率无关，只要光强足够大（不论入射光频率多），总能够使电子取得足够能量从而发生光电效应假如ν﹤ν0，不论光强有多大，都不能发生光电效应，光能应由光频率来决定困难2光强越大，电子可取得更多能量，光电子最大初动能也应该越大，遏止电压也应越大。即出射电子最大初动能应该由光强来决定光电子最大初动能、遏止电压都与光强无关，而与频率相关困难3光强大时，电子能量积累时间就短，光强小时，能量积累时间就长当入射光照射到光电管阴极时，不论光强怎样，几乎瞬间就产生了光电子15/38问题4：为了解释光电效应试验规律爱因斯坦提出了光量子说，其内容是什么？是怎样解释？学习活动四：爱因斯坦光量子假设16/38量子假说光子：普朗克量子假说：在微观世界里，物理量取值很多时候是不连续，只能取一些分立值，这称为量子化现象。爱因斯坦光子假说：在空间传输光不是连续，而是一份一份，每一份叫做一个光量子，简称光子，光子能量E跟光频率ν成正比。光子能量E＝hν其中h是一个常量，叫普朗克常量：

h=6.63×10－34J.s17/38光电方程光子说对光电效应解释：在光电效应中，入射光能量等于出射光电子最大初动能与逸出功之和：即：或这叫爱因斯坦光电效应方程，简称光电方程使金属表面电子能摆脱原子核引力而逸出成为光电子所需做功叫逸出功18/383.从方程能够看出光电子初动能和照射光频率成线性关系4.从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极极限频率：

爱因斯坦对光电效应解释：1.光强大，光子数多，释放光电子也多，所以光电流也大。2.电子只要吸收一个光子就能够从金属表面逸出，所以不需时间累积。19/38因为爱因斯坦提出光子假说成功地说明了光电效应试验规律,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，但当初并未被物理学家们广泛认可，因为它完全违反了光波动理论。光电效应理论验证

美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”试验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h值与理论值完全一致，又一次证实了“光量子”理论正确。20/38爱因斯坦因为对光电效应理论解释和对理论物理学贡献取得1921年诺贝尔物理学奖密立根因为研究基本电荷和光电效应，尤其是经过著名油滴试验，证实电荷有最小单位。取得1923年诺贝尔物理学奖。21/38金属铯钠锌银铂波长（μm）0.66000.50000.37200.26000.1962频率（Hz）4.545×10146.000×10148.065×10141.153×10141.529×1014部分金属极限频率和波长几个金属逸出功铯钙镁铍钛逸出功W/eV1.92.73.73.94.122/38放大器控制机构能够用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。光电效应在近代技术中应用1.光控继电器可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105~108倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。2.光电倍增管23/38应用光电管光电源电流计IAK24/38例1.(年高考广东理综卷)光电效应试验中，以下表述正确是(

)A．光照时间越长光电流越大B．入射光足够强就能够有光电流C．遏止电压与入射光频率相关D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子问题分析25/38解析：在光电效应中，若照射光频率小于极限频率，不论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，时间间隔很小，故A、B错误，D正确．由－eU＝0－Ek，Ek＝hν－W，可知U＝(hν－W)/e，即遏止电压与入射光频率ν相关．【答案】

CD26/38变式训练1以下光子说解释光电效应规律说法中，正确有(

)A．存在极限频率是因为各种金属都有一定逸出功B．光频率越高，电子得到光子能量越大，逸出后飞离金属最大初动能越大C．电子吸收光子能量后动能马上增加，成为光电子不需要时间D．光强度越大，单位时间内入射光子数越多，光电子数越多，光电流越大27/38解析：选ABD.因为各种金属都有一定逸出功，所以光照射金属时电子不一定逸出，所以存在极限频率，A选项正确；光频率越高，电子得到光子能量越大，克服逸出功后飞离金属最大初动能越大，B选项正确；电子吸收光子能量后不一定逸出，也不一定成为光电子，C选项错误；产生光电效应后，光强度越大，产生光电效应电子越多，逸出光电子也就越多，光电流也就越大，D选项正确．28/38例2.在做光电效应试验时，某金属被光照射发生了光电效应，试验测得光电子最大初动能Ek与入射光频率ν关系如图所表示，由试验图线可求出(

)A．该金属极限频率和极限波长B．普朗克常量C．该金属逸出功D．单位时间内逸出光电子数29/38【思绪点拨】由题目可知光电子最大初动能与入射光频率之间关系图像，解答本题可先由光电效应方程写出最大初动能与入射光频率关系式，再明确图像斜率、截距等物理意义，进而分析判断．【解答】依据光电效应方程Ek＝hν－W可知，当Ek＝0时，ν＝ν0，即图像中横坐标截距在数值上等于金属极限频率．30/38图线斜率k＝tanθ＝.可见图线斜率在数值上等于普朗克常量．据图像，假设图线延长线与Ek轴交点为C，其截距为W，有tanθ＝W/ν0.而tanθ＝h，所以W＝hν0.即图像中纵坐标轴截距在数值上等于金属逸出功．【答案】

ABC31/38变式训练2用不一样频率紫外线分别照射钨和锌表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν改变Ek－ν图像．已知钨逸出功是3.28eV，锌逸出功是3.34eV，若将二者图线画在同一个坐标图中，以实线表示钨，虚线表示锌，如图所表示，能正确反应这一过程图像是(

)32/38解析：选A.依据光电效应方程Ek＝hν－W可知Ek－ν图像斜率为普朗克常量h，所以图中两线应平行，C、D错；图线与横轴交点表示恰能发生光电效应(光电子动能为零)时入射光频率即极限频率．由光电效应方程可知，逸出功越大金属对应入射光频率越高，所以能使金属锌发生光电效应极限频率较高．所以A对，B错．33/381、___________________________现象称为光电效应，发射出来电子叫____________。物体在光照射下发射电子光电子针对训练2、光电管作用是把_______信号转变为______信号。由于光电管发生光电效应而在电路中形成电流叫_________。光电光电流3、在演示光电效应试验中，原来不带电一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器指针张开一个角度，如图所表示，这时()A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．锌板带负电，指针带正电 D．锌板带负电，指针带负电B34/385、已知铯极限频率为4.545×1014Hz，钠为6.0×1014Hz，银为1.153×1015Hz，铂为1.529×1015Hz，当用波长为375nm光照射它们时，可发生光电效应是__________________。（光速c=3.0×108m/s，光速与波长、频率关系：c=λf）铯和钠4、若用绿光照射某种金属板不能发生光电效应，则以下哪一个方法可能使该金属发生光电效应（）A.增大入射光强度B.增加光照射时间C.改用黄光照射D.改用紫光照射D35/386、某种频率光射到金属表面上时，金属表面有电子逸出，若光频率不变而强度减弱，那么下述结论中正确是A．光强度减弱到某一数值时，就没有电子逸出B．逸出电子数一定降低C．逸出电子数有可能增加D．逸出电子数有可能不变B7、以下关于光电效应说法正确是（

）

A．光电子动能随照射光频率增大而增大

B．光电子初速度与照射光频率成正比

C．光电子最大初动能与照射光频率成正比

D．光电子最大初动能随照射光频率增大而增大8、用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大应（）A．改用红光照射B．增大绿光强度C．增大光电管上加速电压D．改用紫光照射DD36/389、已知某单色光波长为λ，在真空中传输速度为c，普朗克常量为h，则该电磁波辐射能量子值为()A．hc/λB．hλ/cC．h/λD．h