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选择性必修三 第四章 原子结构和波粒二象性
2
光电效应
作业讲评
实验观察
实验分析
照射前
Zn板
思考1：为什么电子会从锌板表面飞出呢？
带负电
照射后
Zn板
负电荷减少
当有光照射时电子从锌板的表面飞出
为何不直接照射电中性的Zn板？
电子获得了光的能量
锌板带正电后会影响电子逸出
实验分析
思考2：为何要在Zn板前方放置带正电的铜网
照射后
Zn板
有电子飞出，带正电
照射前
Zn板
不带电
是否有光入射就会有电子飞出？
实验观察
大量实验表明：只有入射光的频率足够高，金属表面才会有电子飞出
一、光电效应
照射到金属表面的光，使金属中的电子从表面逸出
的现象，称为光电效应。
1.定义：
光电效应现象中从金属表面逸出的电子常称为光电子。
2.光电子：
最早赫兹发现
勒纳德（德）、J.J.汤姆孙用实验证实了
二、光电效应的实验规律
G
s
二、光电效应的实验规律
实验电路一
1.完善电路，并画出电流表指针偏转方向
光电子，在电路中形成光电流
思考3：不加电源电路中会形成光电流吗？
二、光电效应的实验规律
实验电路一
2.观察到的现象
1）存在截止频率
νc
①入射光的频率ν≥νc时，发生光电效应
极限频率
②不同金属的νc不同，νc与金属自身性质有关
二、光电效应的实验规律
实验电路一
2.观察到的现象
2）光电效应具有瞬时性
当ν≥νc时，无论入射光怎样微弱，照到金属时都会立即产生光电流。
精确测量表明产生电流的时间很快
产生时间不会超过10-9s
光电流的大小与光照强度有关
即光电效应几乎是瞬时发生的
二、光电效应的实验规律
实验电路二
思考4：如果改变光电管两端的电压，会对光电流大小有影响吗？
请设计一个便于调节光电管两端电压的电路
二、光电效应的实验规律
二、光电效应的实验规律
2.观察到的现象
3）存在饱和光电流
①在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流增大，最终光电流趋于一个饱和值。
这说明
在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的
思考5：为什么会存在饱和光电流呢？
二、光电效应的实验规律
2.观察到的现象
3）存在饱和光电流
②在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。
思考6：这一现象说明了什么呢？
对于一定频率（颜色）的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
I
U
0
比较两束黄光的强弱
二、光电效应的实验规律
思考7：若加反向电压会对光电流有什么影响？
二、光电效应的实验规律
2.观察到的现象
4）存在遏止电压
①使光电流刚好减小到0的反向电压Uc称为遏止电压
思考8：光电流减为零意味着什么呢？
②存在遏止电压说明金属表面逸出的光电子有最大初动能
二、光电效应的实验规律
2.观察到的现象
4）存在遏止电压
③同一种金属对于一定频率的光，
无论光的强弱如何，遏止电压都一样的。
说明：同种金属光电子的最大初动能与光强无关
频率不同的光对应的遏止电压是否相同呢？
二、光电效应的实验规律
④光的频率ν改变时，遏止电压Uc也会改变
二、光电效应的实验规律
2.观察到的现象
4）存在遏止电压
红光
蓝光
说明：对于同种金属，光电子的最大初动能与入射光频率有关
二、光电效应的实验规律
小结：
入射光的频率ν
入射光的强度
能否发生光电效应
产生光电效应时光电子的最大初动能
单位时间内发射的光电子数
影响光电效应的因素
决定
决定
1.光电效应中，从同一金属逸出的电子动能的最大值
A. 只跟入射光的频率有关
B. 只跟入射光的强度有关
C.跟入射光的频率和强度都有关
D.除跟入射光的频率和强度有关外，还和光照时间有关
课堂练习
A
2.下列哪个电路是研究饱和光电流的，哪个是研究遏止电压的？
课堂练习
3.在光电效应实验中，小明用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲、乙、丙），如图所示。回答下面问题，并说明理由。
课堂练习
（4）甲、丙两种光所产生光电子的最大初动能，哪个大？
（1）甲、乙两种光的频率，哪个大？
（2）乙、丙两种光的波长，哪个大？
（3）乙、丙两种光所对应的截止频率，哪个大？
三、光电效应经典解释中的疑难
思考与讨论
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？
金属表面存在阻碍电子逸出的力
电子要从金属中挣脱出来，必须获得一些能量，以克服这种阻碍做功
三、光电效应经典解释中的疑难
要使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值叫作这种金属的逸出功
1.逸出功
用W0 表示
三、光电效应经典解释中的疑难
2.经典理论的疑难
1）光越强，逸出的电子数越多，光电流也越大，这些结论与实验相符
光照到金属表面时，电子吸收能量和原有热运动能量之和超出逸出功，电子就从表面逸出，这就是光电子。
可以解释，成功
三、光电效应经典解释中的疑难
2.经典理论的疑难
光能应由光频率来决定
四、爱因斯坦光电效应理论
热辐射的能量是不连续的；
在微观世界里，物理量的取值很多时候是不连续的，只能取一些分立的值，这称为量子化现象。
1905年发表《光与光的产生和转化的一个试探性观点》提出普朗克的观点不够彻底，光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是不可分割的能量子组成。
爱因斯坦的光子假说
四、爱因斯坦光电效应理论
1.爱因斯坦的光量子假说
其中h是普朗克常量： h=6.63×10－34J·s
在空间传播的光本身由一个个不可分割的能量子组成，频率为ν的光的能量子为hν。
光子
的能量
E＝hν
2.爱因斯坦光电效应方程
四、爱因斯坦光电效应理论
求一个电子吸收能量为hν的光子的能量后，从逸出功为W0的金属表面逸出时的最大动能
逸出功
光电子的最大初动能
四、爱因斯坦光电效应理论
3.光电效应方程对光电效应实验规律的解释
1)只有当hν>W0时，光电子才会从金属表面逸出
EK
ν
0
νc
电子逸出
νc=W0/h
2)光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν有关，而与光的强弱无关。因此遏止电压与频率有关，与光强无关。
3）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产生的。
4）对于同种颜色（ν相同）的光，光较强时，包含的光子数目较多，照射金属时产生的光电子也多，因而饱和光电流较大。
斜率为
课堂练习
请根据下表算出金属钨的逸出功W0
h=6.63×10－34J·s
1.光电效应实验的装置如图,则下面说法中正确的是
A.用紫外光照射,验电器指针会发生偏转
B.用红色光照射,验电器指针会发生偏转
C.使验电器指针发生偏转的是正电荷
D. 锌板带的是负电荷
课堂练习
AC
四、爱因斯坦光电效应理论
4.普朗克常量的测量
怎么证明它是正确的呢？
eUc=Ek
eUc=hν-W0
密立根：验证h与普朗克的h是否相同
由图像能够得到哪些信息呢？
为爱因斯坦的光电效应理论提供了直接的实验证据
2.铝的逸出功为4.2eV，现在用波长为200nm的光照射铝的表面。
课堂练习
1）求光电子的最大初动能；
2）求遏止电压；
3）求铝的截止频率。
3.2×10-19J
2.0V
1.0×1014Hz
3. 在光电效应实验中，如果入射光的波长确定，而强度增加，将产生什么结果？如果入射光的频率增加，将产生什么结果？
课堂练习
课堂练习
4. 金属A在一束绿光照射下恰能发生光电效应，现用紫光或红光照射时，能否发生光电效应？
紫光照射A、B 两种金属都能发生光电效应时，为什么逸出金属表面的光电子的最大速度大小不同
5.电键K断开时， 光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键,调节滑线变阻器， 当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为
A.1.9eV
B.0.6eV
C.2.5eV
D.3.1eV
课堂练习
A
6.在日常生活中，我们不会注意到光是由光子构成的，这是因为普朗克常量很小，每个光子的能量很小，而我们观察到的光学现象中涉及大量的光子。如果白炽灯消耗的电功率有15%产生可见光，试估算60W的白炽灯泡1s内发出可见光光子数的数量级
课堂练习
1019
7. 根据如图所示的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）频率已知的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。
课堂练习
五、康普顿效应和光子的动量
石墨对X射线的散射时，在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应
1.康普顿效应
美国物理学家康普顿
散射：光遇到介质中的微粒，传播方向发生改变的现象。
经典理论认为是带电粒子受迫振动的而发出的散射波，f（λ）不变
吴有训测试了多种物质，证明了普遍性
五、康普顿效应和光子的动量
2.对康普顿效应的解释
康普顿用光子的模型成功地解释了康普顿效应。
基本思想是：光子不仅具有能量，而且具有动量，光子
与晶体中的电子碰撞时遵守能量守恒和动量守恒。
光子的动量p
五、康普顿效应和光子的动量
3.康普顿效应的意义
引入光子具有动量，进一步完善了光的粒子说，肯定了光的粒子性
六、光的波粒二象性
1.麦克斯韦的电磁理论建立之后，人们认识到光是一种电磁波。
2.光电效应和康普顿效应重新揭示了光的粒子性。
3.光既具有波动性，又具有粒子性。即光具有波粒二象性
六、光的波粒二象性
4.关于波粒二象性
1）波粒二象性是实验事实，不是经典意义的粒子和波
2）大量光子产生的效果往往显示波动性，个别光子产生的效果往往显示粒子性
能统一描述光的波动性和粒子性的理论——量子电动力学
3）光在传播过程中往往显示波动性，在与物质相互作用时往往显示粒子性
4）频率越低的光波动性越明显，频率越高的光粒子性越明显

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