4.2 光电效应 课件(共22张PPT)

(共22张PPT)
光电效应
锌板在照射下失去电子而带正电
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。
逸出的电子称为光电子。
一、光电效应的实验规律
一、光电效应的实验规律
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！
1.截止频率
理解：
1.金属要发生光电效应与入射光强弱无关，只与频率有关。
2.入射光频率低于截止频率时，不光光照多强，金属都不会发生光电效应！
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。
一、光电效应的实验规律
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.饱和电流
理解：
频率不变，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。
一、光电效应的实验规律
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称截止电压。
3.截止电压
理解：
光电子克服电场力做功，到达A极板时速度刚好为零。
同一种金属，截止电压只与光的频率有关。
光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，入射光的强弱无关。
一、光电效应的实验规律
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极限频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。
4.光电效应具有瞬时性
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”）。
一、光电效应的实验规律
1.对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，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极限频率时，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。
总结：
二、光电效应经典解释中的疑难
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
二、光电效应经典解释中的疑难
光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。
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。
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。
如果光很弱，按经典电磁理论估算，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。
无法用经典的波动理论来解释光电效应。
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。
三、爱因斯坦的光电效应理论
1.光子：
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。
2.爱因斯坦的光电效应方程
或
——光电子最大初动能
一个电子吸收一个光子的能量hν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：
——金属的逸出功
三、爱因斯坦的光电效应理论
4.光电效应理论的验证
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，的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。
由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律，荣获1921年诺贝尔物理学奖。
四、康普顿效应和光子的动量
1.光的散射
光束通过某些介质时，可以看到光的散射现象。
2.康普顿效应
1923年康普顿在做X射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长和散射物质都无关。这种波长改变的散射称为康普顿效应。
经典理论无法解释康普顿效应。
经典理论认为：物质中的电子会随入射光以相同的频率振动，并向外辐射，即散射光的频率与入射光频率相等。而无法解释有Δλ存在的实验规律。
X-ray
四、康普顿效应和光子的动量
3.康普顿效应的光量子理论解释
（1）若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。
（2）若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。
（3）因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。
四、康普顿效应和光子的动量
4.康普顿散射实验的意义
（1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设。
（2）首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设。
（3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。
康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。
康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。
五、光的波粒二象性
光具有波动性，又有粒子性，即波粒二象性。
光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、偏振现象。
光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效应，康普顿效应。
光子能量：
光子动量：
关于光的本性问题，我们不应该在微粒说和波动说之间进行取舍，而应该把它们看作是光的本性的两种不同侧面的描述。
粒子性
波动性
1．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，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
B
2．一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
3．关于光子说的基本内容有以下几点，不正确的是（ ）
A．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子
B．光是具有质量、能量和体积的物质微粒子
C．光子的能量跟它的频率成正比
D．光子客观并不存在，而是人为假设的
B
4．能引起人的视觉感应的最小能量为10-18J，已知可见光的平均波长约为0.6m，则进入人眼的光子数至少为 个，恰能引起人眼的感觉。
3
5．关于光电效应下述说法中正确的是（ ）
A．光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大
B．只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应
C．在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关
D．任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应
D