4.2光电效应方程及其意义课件-2021-2022学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册（共17张ppt）

(共17张PPT)
第二节　光电效应方程及其意义
学习目标
1．了解能量子假说和光子假说．
2．知道光子假说及其对光电效应的解释．
3．掌握爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单问题．
一、光电效应：金属在光的照射下发射电子的现象称为
光电效应。
。二、光电效应的实验规律：
光电效应具有瞬时性；
存在截止频率；
存在饱和电流；
存在遏止电压
三、经典电磁理论解释的困难
疑难之一：截止电压由入射光频率决定，与光的强弱无关；
疑难之二：存在截止频率；
疑难之三：具有瞬时性。
知识回顾
2．物体热辐射所发出的电磁波的能量是____________，只能是hν的整数倍，hν被称为一个____________，其中ν是辐射频率，h是一个常量，被称为__________________，实验测得h＝6.63×10－34 J·s，这种物理量分立取值的现象称为____________现象．
不连续的
能量子
普朗克常量
量子化
能量子假说
1. 德国物理学家普朗克在对黑体辐射问题进行研究中，首次提出了一个与人类直接经验相违背的大胆假说——能量子假说。
1．当光与物质相互作用时，光的能量不是连续的，而是一份一份的光量子，这些光量子后来被称为______．一个光子的能量ε＝______，式中h是普朗克常量，ν是光的频率．
光子
hν
光子假说
2. 光子假说由爱因斯坦提出。
光子假说对光电效应的解释
按照光子假说，在光电效应中，金属的电子吸收一个光子获得的能量为hν，这些能量一部分用来克服金属的束缚，剩余的部分转化为电子的动能
W0表示电子脱离某种金属所做的功的最小值，称为金属的逸出功
Ek表示电子在光电效应中获得的动能
光电效应方程：hν=W0+Ek
密立根的光电效应方程验证实验原理
Uc表示恰好使光电流减小到零的反向电压值，称为截止电压
截止电压：电子逸出后，由于受到电场力的阻碍作用减速，当电子恰好不能运动到A端时，电流表示数为零，此时的电压值则为截止电压
图1
A
图2
密立根的实验目的是：测量金属的截止电压Uc.与入射光频率ν，由此计算普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程式的正确性．
密立根的光电效应方程验证实验原理
A
光电流与电压的图象
入射光频率v与截止电压Uc的图像
ν
ν
光电效应方程：hν=W0+Ek
光电效应方程对光电效应实验规律的解释
疑难之一：截止电压由入射光频率决定，与光的强弱无关；
疑难之二：存在截止频率；
疑难之三：具有瞬时性。
1和2：根据爱因斯坦的光电效应方程，光子的能量只与频率有光，光电效应能否发生取决于光子的能量是否大于金属的逸出功，因此存在截止频率；
同时光电子的初动能只和入射光的频率，金属的逸出功有关，而和发光强度无关。而截止电压是反馈光电子初动能大小的物理量，因此截止电压由入射光频率决定，与光强无关
3：根据爱因斯坦的光电效应方程，当光子照射到物体上时，它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量后，能量增加，不需要积累能量的过程。如果电子吸收的能量足够大，能够克服脱离金属所需要的能量，就可以逃逸出来，因此光电效应具有瞬时性
爱因斯坦借助其建立的光电效应方程，获得1921年的诺贝尔物理学奖
密立根用实验证明了光电效应方程，并测出了普朗克常量，由于他在测量基本电荷和光电效应的实验方面做出了杰出的贡献，因此获得1923年的诺贝尔物理学奖
康普顿效应
康普顿效应美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现一部分散射出来的X射线波长变长，这个现象称为康普顿效应．
X射线
电子
反冲电子
散射射线
课堂小练
例题：某科技小组买到几个光电管，先测量这种光电管的截止频率，他们在实验室找到了几块标有波长数值的滤光片（如图4-2-1所示），请据此设计可行的测量方案。
解:光电管材料截止频率的测量方案如下:
(1)选取某一标称波长（如460 nm)的滤光片，使射入光电管的光为该波长的单色光.
(2）按图4-2-3所示连接好电路,选择反向电压,调节滑动变阻器，使电路中的电流刚好为零,此时电压表示数为截止电压.
(3）根据动能定理Ek= eUc，得到光电子最大初动能.
(4）根据光电效应方程W0= hv -Ek，其中v= ，得到光电管材料逸出功.
(5）根据hν0= W0，可得材料截止频率ν0.
(6)更换滤光片，重复上述实验步骤,最后将测量结果取平均值.
课堂小结
1.物理量分立取值的现象称为量子化现象
2.光子假说：光的能量不是连续的，而是一份一份的，最小的一份能量称为光子
3.光电效应方程：hν=W0+Ek
4.光电效应方程对光电效应现象的解释：
（1）光子的能量与频率有关，因此存在截止频率
（2）光子的能量与频率有关，因此截止电压与入射光的频率有关
（3）光电效应能否发生取决于入射频率与金属截止频率的大小关系，因此光电效应具有瞬时性。