高中人教物理选修35课件17.2光的粒子性1

1、2,本节课学习目标,1 知道什么叫做什么叫做光电效应 2 知道用什么实验装置来研究光电效应 3 记住光电效应的三条规律 4 了解光的波动理论是怎样解释光电效应的，它能自圆其说吗 5 知道爱因斯坦是怎样解释光电效应的，他创立了什么学说 6 掌握、理解爱因斯坦光电效应方程,2,一 光电效应,1 什么叫做光电效应？,验电器,锌板,紫外线灯,光电效应实验,当紫外光照射在锌板上时，锌板带电,那么锌板是得到电子还是失去电子呢？,此实验在真空中做时，结果一样,锌板失去电子,这种现象叫做光电效应,2,一 光电效应,1 什么叫做光电效应？,在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应,这些发射

2、出来的电子叫做光电子,光电子：指在光的照射下发出的电子叫光电子，此外还有热电子，冷电子，它们分别是物体温度升高时发射的电子和常温下由强电场拉出来的电子，这些叫法是根据电子出来的原因而命名的,2 用什么实验装置来研究光电效应？,如图是用来研究光电效应的实验，其中K是金属板，用来发射光电子，A也是金属板，用来接收电子，整个装置是密封的，里面是真空，光线可以通过石英窗口射入,对光电效应的研究,当入射光线照射到金属板K上时会产生光电效应，在K极发射光电子,思考1：若此时在AK间用一导线相连，会形成电流吗？,会！电子打到A板后，A板带负电，K板带正电，正极的电势高于负极的电势，AK间的导线和电表都是导体

3、，电流在中会从电势高处流向电势低处，而形成电流，这个电流也叫光电流,思考2：若在AK间加一电压（正向电压），电流会更大吗？,会更大。因加上电压后，会在两板间建立电场，所有电子将受到电场力，那些原来速度方向不是对着A极的电子，也有一部分被拉过来,思考3：若AK间的电压（正向电压）增大 ，电流会更大吗？,会更大。因电压增大，场强增大，那些偏角更大的电子也会被拉过来,思考4：随着AK间电压的不断增大 ，光电流会一直增大下去吗？,不会的。当电压增大到一定的程度，所有的电子将全部被拉过去，此时K板每秒发出多少电子，A板每秒就接收多少电子，,即单位时间内通过导线截面的电荷量是一定值，电流为一定值，这个电流

4、，叫做饱和电流,对光电效应的研究,思考5：若在AK间加一反向电压（K板为正极， A板为负极向电压），电路中还可能有电流吗？,若反向电压不是很大，总有一些动能大的电子能克服电场力做功而到达A极而形成电流,思考6：此时，随着反向电压的增大，光电流的大小怎样变化？,光电流将逐渐减小，最后会减小到零使光电流刚好减到零时对应的反向电压叫做遏止电压，用UC表示,请计算：若K板发射的光电子中，速率最大的电子其速率是vC，电子电量是e，质量是m，遏止电压UC是多少？,即速度最大的电子也只能刚好克服电场力做功而到达A板，到达A板时速度刚好为零,对光电效应的研究,思考7：在入射光强度不变的条件下，通过电流表的电流

5、与AK间的电压是一个什么样的关系？,若以AK间的电压为横轴，电流为纵轴，你能想象图象是什么样吗？,当电压为正向电压时，随着电压的增大，开始电流增大，当电压增大到某一值时，电流不再增大,当电压为反向电压时，随着电压的增大，电流减少，当反向电压增大到某一值时，电流减为零,UC,对光电效应的研究,2,一 光电效应,1 什么叫做光电效应？,在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应,这些发射出来的电子叫做光电子,光电子：指在光的照射下发出的电子叫光电子，此外还有热电子，冷电子，它们分别是物体温度升高时发射的电子和常温下由强电场拉出来的电子，这些叫法是根据电子出来的原因而命名的,2

6、用什么实验装置来研究光电效应？,光电管、电源、变阻器，电压表、电流表,3 你发现光电效应有哪些规律？,2,二 光电效应的实验规律,1 存在着饱和电流,（1）即在入射光照强度不变的情况下，随着所加正向电压的增大，当电压增大到某一值时，光电流不再增大，趋向于一个饱和值,这说明，在入射光照强度不变的情况下，单位时间内阴极K发射的光电子数目是一定的,（2） 实验表明：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大,这表明对一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多,2,二 光电效应的实验规律,2 存在着遏止电压和截止频率,（1）实验表明:对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何,遏

7、止电压是一样的. 光的频率v改变是，遏止电压也会改变,这表明光电子的能量只与入射光的频率有有关，而与入射光的强弱无关,（2）实验还表明了：当入射光的频率减小到某一数值vC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，vC称为截止频率或极限频率。不同金属的截止频率不同,这就是说，当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应,3 光电效应具有瞬时性,入射光射到金属上时，光电子的发射时间不超过10-9s，几乎是同时的,2,三 光电效应解释中的疑难,1 我们先来弄清什么叫做逸出功,思考1 ： 在金属内部的电子，受到四周正离子的引力相同吗？这些引力的合力是多少？电子在金属内部做什么运动？,在金属

8、内部的电子，受到四周正离子引力的合力为零，电子在金属内部除碰撞以外通常是做匀速度运动,思考2 ： 在金属表面处的电子，受到四周正离子的引力相同吗？这些引力的合力向哪个方向，电子要出来需要什么条件？,在金属表面处的电子，受到四周正离子的引力合力向指向金属内部，电子要出来须克服这些引力（也是阻力）做功，需要一定的能量（动能）,思考3 ： 在距金属表面深度不同的电子，在离开金属的过程中，要克服阻力做的功相同吗？,不同。 越靠近金属表面的电子，克服阻力所要做的功越少,我们把电子在离开金属的过程中，克服阻力做功的最小值叫做这种金属的逸出功。（实际也是最表面的电子出来时所要做的功）,2,三 光电效应解释中

9、的疑难,1 我们先来弄清什么叫做逸出功,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，用W0表示,2 光的波动理论能解释光电效应吗？,（1）光的波动理论无法解释遏止电压与光的强弱无关，只与光的频率有关,（2） 光的波动理论无法解释光电效应中有一个截止频率vC,（3） 光的波动理论无法解释光电效应的瞬时性,那么又是哪个物理学家解释了经典理论无法解释的问题呢？,爱因斯坦！,2,四 爱因斯坦的光电效应方程,1 爱因斯坦的光子说指的是什么？,在光的波动理论与光电效应相矛盾的激励下，在普朗克量子理论的启发下，爱因斯坦大胆假定光的发射也是不连续的，是一份一份的，每一份就是一个光子，每个光子的能量为

10、=hv，其中h为普朗克常量，v是照射光的频率,2 爱因斯坦的光电效应方程是什么内容？,思考与讨论,思考1 电子吸收一个光子能量后，电子的能量变为多少？,电子的能量变为E= =hv,思考2 电子在脱离金属的过程中，这个能量变为哪些能？,一部分克服阻力做功，另一部分变成剩余的动能,即 hv=W+EK,由上可看出，hv是个定值，于是在金属内部越深层的电子，在脱离金属的过程中，要克服阻力做的功越多，则出来后剩余的动能就越小，越是表层的电子，在脱离金属的过程中，要克服阻力做的功越小，则出来后剩余的动能就越大，当脱离时做的是最小功逸出功时W0，电子出来时的动就是最大动能,hv=EK+W0,EK=hv -W

11、0,爱因斯坦的光电效应方程,上式中的EK是光电子出来时的最大初动能,思考与讨论,思考3 爱因斯坦的理论来解释光电效应EK=hv -W0来解释光电效应的三条规律了吗？,第1条 遏止电压与光的强弱无关，只与光的频率有关,第2条 光电效应中有一个截止频率vC，即如果入射的光的频率低于某个极限频率，无论怎样增强照射光的强度，无论怎样延长照射时间，都不会产生光电效应,第3条 光电效应的瞬时性，即从光照射后，了出光电子的时间不超过10-9s,思考与讨论,思考4 对同一种金属，为什么照射光的频率不同，遏止电压UC不同？你能推导出遏止电压UC与光的频率v的关系吗？,思考5：若在AK间加一反向电压（K板为正极，

12、 A板为负极向电压），电路中还可能有电流吗？,若反向电压不是很大，总有一些动能大的电子能克服电场力做功而到达A极而形成电流,思考6：此时，随着反向电压的增大，光电流的大小怎样变化？,光电流将逐渐减小，最后会减小到零使光电流刚好减到零时对应的反向电压叫做遏止电压，用UC表示,请计算：若K板发射的光电子中，速率最大的电子其速率是vC，电子电量是e，质量是m，遏止电压UC是多少？,即速度最大的电子也只能刚好克服电场力做功而到达A板，到达A板时速度刚好为零,对光电效应的研究,思考与讨论,思考4 对同一种金属，为什么照射光的频率不同，遏止电压UC不同？你能推导出遏止电压UC与光的频率v的关系吗？,EK=

13、hv -W0,于是有 eUc=hv -W0,思考5 若以遏止电压UC为纵坐标，入射光的频率v为横坐标，你能画出UC v 图吗？,光电效应复习,1 什么叫做光电效应？,在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应,2 光电效应有哪些规律？,（1） 实验表明：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大,当电压为反向电压时，随着电压的增大，电流减少，当反向电压增大到某一值时，电流减为零,对光电效应的研究,光电效应复习,1 什么叫做光电效应？,在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应,2 光电效应有哪些规律？,（1） 实验表明：在光的颜色不变的情况下，入

14、射光越强，饱和光电流越大,（2）实验表明:遏止电压跟入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大,（3）实验还表明了：当入射光的频率减小到某一数值vC时不会发生光电效应，vC称为截止频率或极限频率。不同金属的截止频率不同,蓝光,UC,（4） 入射光射到金属上时，光电子的发射时间不超过10-9s，几乎是同时的,光电效应复习,3 什么叫做逸出功？,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，用W0表示,4 爱因斯坦的光子说的内容是什么？,爱因斯坦认为光的发射也是不连续的，是一份一份的，每一份就是一个光子，每个光子的能量为=hv，其中h为普朗克常量，v是照射光的频率,5 爱因斯坦的光电效应

15、方程是什么？,EK=hv -W0,EK光电子出来时的最大初动能,W0逸出功,hv 光子能量,思考与讨论,思考1 对同一种金属，为什么照射光的频率不同，遏止电压UC不同？你能推导出遏止电压UC与光的频率v的关系吗？,EK=hv -W0,于是有 eUc=hv -W0,思考2 若以遏止电压UC为纵坐标，入射光的频率v为横坐标，你能画出UC v 图吗？,分析与计算,2 在光电效应实验中，测出当入射光频率v1为时，遏止电压为Uc1，当入射光频率v2为时，遏止电压为Uc2，求普朗克常h量及这种金属的截止频率v0,1 某种金属的逸出功是W0表，则使这种金属产生光电效应的入射光的截止频率v0是多大？,根据爱因

16、斯坦的光电效应方程EK=hv -W0,当入射光的频率越小时，电子当初获得的能量也越小，出来时的最大初动能也越小，当入射光的频率越小到电子出来时最大初动能为零时，入射光的频率不能再小了，再小电子就不能出来了,即 0=hv 0-W0,分析与计算,2 在光电效应实验中，测出当入射光频率v1为时，遏止电压为Uc1，当入射光频率v2为时，遏止电压为Uc2，求普朗克常h量及这种金属的截止频率v0,先写出遏止电压为Uc与光频率v的关系,分析与计算,3 若以遏止电压UC为纵坐标，入射光的频率v为横坐标，那么图象的斜率及图象与横坐标的截距分别表示什么？,要分析图象 ，必先写表达式,（2011年湖南高考题）在光电

17、效应试验中，某金属的截止频率相应的波长为0，该金属的逸出功为_。若用波长为（0）单色光做实验，则其遏止电压为_。已知电子的电荷量，真空中的光速和布朗克常量分别为e，c和h,（ 2010年江苏高考题）研究光电效应电路如图所示，用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板（阴极K），钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流。下列光电流I与AK之间的电压UAK的关系图象中，正确的是,光电效应高考题,五 康普顿效应,1 光的散射,光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射.,2 康普顿效应,美国物理学家康普顿在研究石墨对X 射线散射时，发现在散射的X 射

18、线中，除有与入射线波长0相同成分外，还有波长大于0的成分，这个现象称为康普顿效应,3 光的波动理论无法解释康普顿效应,光的波动理论对光的散射的解释是：振动的入射光射到物体上时，使物质中的微粒做受迫振动，受迫振动的微粒再产生电磁波，如同声音的回声一样，则散射的电磁波的波长一定等于入射的电磁波的波长与康普顿效应矛盾！,4 康普顿的解释,康普顿认为只有把光看做粒子，才能解释康普顿效应，即光子与电子相碰后，能量要减少，所以频率减少，波长增大,设电子原来是静止的，碰后获得的动能为Ek，根据能量守恒，有 hv=hv+Ek,则有 hvhv,则有 0,五 康普顿效应,1 光的散射,光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射.,2 康普顿效应,美国物理学家康普顿在研究石墨对X 射线散射时，发现在散射的X 射线中，除有与入射线波长0相同成分外，还有波长大于0的成分，这个现