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(共36张PPT)
4.2 光电效应
（第1课时）
高中物理选择性必修第三册课件
主讲老师：xxx
高中物理选择性必修第三册
光电效应的实验规律
光电效应经典解释中的疑难
爱因斯坦的光电效应理论
巩固提升
问题？
00.
高中物理选择性必修第三册
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？
光电效应
01.
高中物理选择性必修第三册
当光照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应（photoelectric effect）。逸出的电子称为光电子。
用紫外线灯照射后，验电器张开的指针夹角会变小,说明锌板带的负电荷变少了。这意味着，紫外线会让电子从锌板表面逸出。
光电效应的
实验规律
第一部分
早期的光电效应实验
01.
高中物理选择性必修第三册
1887年，赫兹在研究电磁波的实验中偶尔发现，接收电路的间隙如果受到光照，就更容易产生电火花。这就是最早发现的光电效应，也是赫兹细致观察的意外收获。
后来这一现象引起许多物理学家的关注。德国物理学家勒纳德、英国物理学家J. J. 汤姆孙等相继进行了实验研究，证实了这个现象。
光电效应的实验规律
02.
高中物理选择性必修第三册
存在截止频率
03.
高中物理选择性必修第三册
1.当入射光频率减小到某一数值 c 时，A、K极板间不加反向电压，电流也为0。此时的光的频率 c即为截止频率！
2.金属要发生光电效应与入射光强弱无关，只与频率有关。
3.入射光频率低于截止频率时，无论光照多强，金属都不会发生光电效应！
4.不同金属的截止频率不同，截止频率与金属自身的性质有关。
存在饱和电流
04.
高中物理选择性必修第三册
2.在光的颜色不变的情况下，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。
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。
存在遏止电压
05.
高中物理选择性必修第三册
1.当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称遏止电压。
2.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，遏止电压也会改变。
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。
最大初动能
施加反向电压
光电效应具有瞬时性
06.
高中物理选择性必修第三册
当频率超过截止频率vc时，无论入射光怎样微弱，照到金属时会立即产生光电流。精确测量表明产生电流的时间很快，即光电效应几乎是瞬时发生的。
更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10－9 s
光电效应经典
解释中的疑难
第二部分
思考与讨论
01.
高中物理选择性必修第三册
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？
这表明金属表面层内存在一种力，阻碍电子的逃逸。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。
逸出功
02.
高中物理选择性必修第三册
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W0。
几种金属的截止频率和逸出功
逸出功的大小取决于金属的特性
与经典理论的矛盾
03.
高中物理选择性必修第三册
按照光的电磁理论，还应得出如下结论：
2.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。
1.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，这个时间远远大于实验中产生光电流的时间。
与经典理论的矛盾
04.
高中物理选择性必修第三册
这些结论都与实验结果相矛盾。光电效应中的一些重要现象无法用经典电磁理论解释，这引发了物理学家们的认真思考。
爱因斯坦的
光电效应理论
第三部分
爱因斯坦的光电效应方程
01.
高中物理选择性必修第三册
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。
爱因斯坦的光电效应方程：
一个电子吸收一个光子的能量hv后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：
EK=hv-W0
金属的逸出功
光电子最大初动能
爱因斯坦对光电效应的解释
02.
高中物理选择性必修第三册
1.这个方程表明，只有当hν>W0时，光电子才可以从金属中逸出， 就是光电效应的截止频率。
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发生的。
4.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。
2.这个方程还表明，光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν有关，而与入射光的强弱无关。这就解释了遏止电压与光强无关。
思考与讨论
03.
高中物理选择性必修第三册
爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能 Ek 与入射光的频率v的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是截止电压 Uc。
那么，怎样得到截止电压Uc与光的频率v和逸出功W0的关系呢
EK=hv-W0
某金属的Uc-v图像
光电效应理论的验证
04.
高中物理选择性必修第三册
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。
四种图像对比
05.
高中物理选择性必修第三册
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率νc：图线与ν轴交点的横坐标
②逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值，即W0＝|－E|＝E
③普朗克常量h：图线的斜率，即h＝k
入射光颜色相同、强度不同时，光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标
②饱和电流Im：电流的最大值
③最大初动能：Ek＝eUc
高中物理选择性必修第三册
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
入射光颜色不同时，光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和电流
③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率νc：图线与横轴交点的横坐标
②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大
③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)
四种图像对比
06.
爱因斯坦通过光电效应解释了光的粒子性，这一理论验证了光具有波粒二象性。
验证光的粒子性
光电效应是光电子学的基石，它在太阳能电池、光电探测器等现代电子设备中有着广泛应用。
影响现代电子学
光电效应的发现直接促进了量子理论的建立，为量子力学的发展奠定了基础。
推动量子理论发展
01、
02、
03、
对物理学的影响
07.
光电效应实验推动了量子理论的诞生，揭示了光与物质相互作用的非连续性。
量子理论的诞生
爱因斯坦因解释光电效应而获得诺贝尔物理学奖，彰显了这一发现对现代物理学的重要性。
爱因斯坦的诺贝尔奖
现代物理学的启示
08.
总结提升
第四部分
高中物理选择性必修第三册
课堂小结
存在截止频率
存在饱和电流
存在截止电压
光电效应具有瞬时性
光电效应的实验规律
要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小值叫作这种金属的逸出功（work function），用W0 表示。
光电效应经典解释中的疑难
爱因斯坦的光电效应理论
光电效应
一个电子吸收一个光子的能量hv后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：
EK=hv-W0
例题1
例题精选
01.
高中物理选择性必修第三册
【参考答案】B
在光电效应实验中，用波长为和的光分别照射同一光电管，均发生了光电效应，所逸出的光电子的最大初动能分别为、，遏止电压分别为、，已知，则（　　）
A． B．
C． D．
解析
例题解析
02.
高中物理选择性必修第三册
【解析】AB．根据光电效应方程
由于同一光电管的逸出功 相同，最大初动能，则有
A错误，B正确；
CD．根据，可知CD错误。
故选B。
例题2
例题精选
03.
高中物理选择性必修第三册
【参考答案】C
如图所示为研究光电效应的实验装置，光电管的阴极K用某种金属制成。闭合开关S，用某种单色光照射阴极K时，微安表有示数。若只减弱该单色光的强度，则下列说法正确的是（　　）
A．微安表的示数变大
B．该金属的逸出功变小
C．逸出的光电子的最大初动能不变
D．从光照射到金属表面到有光电子逸出的时间明显增加
解析
例题解析
04.
高中物理选择性必修第三册
【解析】A．减弱该单色光的强度，单位时间内入射光的光子数目减少，从金属表面逸出的光电子数目将减少，微安表的示数变小，故A错误；
B．金属的逸出功由金属本身决定，所以保持不变，故B错误；
C．根据光电效应方程
因为入射光的频率不变，可知光电子的最大初动能不变，故C正确；
D．发生光电放应时，光电子的逸出几乎是瞬时的，与光照强度无关，故 D错误。故选C。

例题3
例题精选
05.
高中物理选择性必修第三册
【参考答案】AB
（多选）如图为一种光电效应演示仪，光电管与电流计、电源相连，其入射光的波长与光强可以通过光调节器调节。逐渐调节照射到金属板M的入射光波长，当波长为时，电流计的示数刚好为零，此时将电源正负极对调，电流计示数不为零，再逐渐调节入射光照的波长至，电流计的示数恰好变成零。已知电源路端电压为U，不考虑电流计内阻，元电荷为e，真空中光速为c，则
A．
B．可求得普朗克常量
C．当光的波长为时，仅增大光的波长，电流计示数将不为零
D．当光的波长为时，仅增大光的强度，电流计示数将不为零
解析
例题解析
06.
高中物理选择性必修第三册
【解析】AB．根据题意可知，当波长为时，电流计的示数刚好为零，此时将电源正负极对调，电流计示数不为零，电源路端电压为U，则有
再逐渐调节入射光照的波长至，电流计的示数恰好变成零，则有
联立可得，故AB正确；
CD．根据题意可知，为入射光为极限频率的波长，仅增大光的波长，光的频率减小，不能发生光电效应，电流计示数仍为零，仅增大光的强度，光的频率不增加，不能发生光电效应，电流计示数仍为零，故CD错误。故选AB。
例题4
例题精选
07.
高中物理选择性必修第三册
【参考答案】AB
（多选）在研究光电效应时，用不同波长的光照射某金属，产生光电子的最大初动能与入射光波长的关系如图所示，为图像的渐近线，真空中光速为，则（　　）
A．该金属的逸出功为
B．普朗克常量为
C．时，光电子的最大初动能为
D．波长为的光能使该金属发生光电效应
解析
例题解析
08.
高中物理选择性必修第三册
【解析】A．由爱因斯坦光电效应方程有又
可知
结合图像可知当时，，可知，A正确；
B．当时，，即，B正确；
C．当时，代入得，C错误；
D．当时，才能使该金属发生光电效应，的光不能使该金属发生光电效应，D错误。故选AB。
THANKS
谢谢观看

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