人教版选修三4.2 光电效应二 课件（20张PPT）

(共20张PPT)
4.2光电效应（二）
1、光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。这
种电子常称为光电子。
⑴存在截止频率：vc
2、实验规律
⑵存在饱和电流：IC
⑶存在遏止电压：Uc
⑷光电效应具有瞬时性<10-9s
光的电磁理论与光电效应相矛盾
一、爱因斯坦的光电效应理论
1、光子（光量子）
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的。每一份称为光量子，简称光子。
E = hν
光子的能量：
爱因斯坦在普朗克量子假说的基础上，做了进一步假设，建立起光电效应理论。
振动着的带电微粒的能量是不连续的
假定电磁波本身的能量也是不连续的
一、爱因斯坦的光电效应理论
2、光电效应方程
EK=hv-W0
金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hv，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能。
通过这个方程爱因斯坦完美地解释了光电效应实验的规律。
hv＝W0+EK
——光电子最大初动能
——金属的逸出功
W0
一、爱因斯坦的光电效应理论
3、光子说对光电效应的解释
EK=hv-W0
⑴截止频率的解释
光照射到金属中的电子时，一个电子只能吸收一个光子的能量，也就是hv的能量。
hv>W0
→产生光电效应
hv→无光电效应
hv=W0
→
就是极限频率
一、爱因斯坦的光电效应理论
3、光子说对光电效应的解释
EK=hv-W0
⑵遏止电压的解释
对某种金属W0一定，遏止电压Uc只与入射光的频率有关，与光强无关。
eUc=hv-W0
遏
止
电
压
一、爱因斯坦的光电效应理论
⑶瞬时性的解释
电子一次性吸收了光子的全部能量，所以自然不需要时间的积累。
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。
⑷饱和电流的解释
到此为止光量子理论完美解释了光电效应的各种现象。
3、光子说对光电效应的解释
EK=hv-W0
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
根据光电效应测得h与普朗克黑体辐射得出的h在误差范围内一致，这为爱因斯坦的光电效应理论提供了直接的实验证据，因此爱因斯坦获得1921年诺贝尔物理学奖。
4、密立根验证光电效应方程
二、康普顿效应和光子的动量
1、康普顿效应
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。
X射线
λ ＝λ0
石墨体
（散射物质）
λ =λ0
λ >λ0
二、康普顿效应和光子的动量
2、光的散射经典解释
3、光子模型解释康普顿效应
入射的电磁波引起物质内部带电微粒的受迫振动，振动着的带电微粒进而再次产生电磁波，并向四周辐射，这就是散射波。散射的X射线频率应该等于带电粒子受迫振动的频率，也就是入射X射线的频率。相应地，X射线的波长也不会在散射中发生变化。
光子不仅具有能量，而且具有动量，光子的动量p与光的波长λ和普朗克常量h有关：
波长变长的解释：
P↓
λ↑
——
三、光的波粒二象性
1、人类对光的认识过程
牛顿光的微粒说
光是实物粒子
惠更斯和托马斯杨的光的波动说
光是振动形式在媒质的传播——波
到麦克斯韦的光的电磁理论
光是电磁波
爱因斯坦的光子理论
光是能量子即光子
三、光的波粒二象性
干涉
衍射
表明光是一种波
表明光是一种粒子
光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
2、光的波动性和光的粒子性
光电效应
康普顿散射
三、光的波粒二象性
3、光的粒子性和波动性是相对的
波粒二象性
传播的过程中，表现出波动性
波长较长时，表现出波动性
波长较短时，表现出粒子性
与物体相互作用时，表现出粒子性
光的粒子性和波动性是在不同条件下的表现
光电效应方程：EK=hv-W0
密立根验证光电效应方程：
1、爱因斯坦的光电效应理论
光本身就是由一个个不可分割能量子组成的。每一份称为光量子。
E = hν
3、光的波粒二象性
1.光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
2.传播的过程中，表现出波动性；与物体相互作用时，表现出粒子性。
3.波长较长时，表现出波动性；波长较短时，表现出粒子性。
2、康普顿效应和光子动量
康普顿效应：在散射的X射线中，除了与人射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分。
光子
【例题1】三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1＞λ2＞λ3).分别用这三束光照射同一种金属.已知用光束2照射时，恰能产生光电子.下列说法正确的是（ ）
A.用光束1照射时，不能产生光电子
B.用光束3照射时，不能产生光电子
C.用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多
D.用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大
解析：
AC
由于用光束2照射时，恰能产生光电子，因此用光束1照射时，不能产生光电子，而用光束3照射时，一定能产生光电子，故A正确，B错误；用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多，而由光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能与光的强弱无关，故C正确，D错误。
【例题2】如图所示是光电效应实验部分示意图。当用光子能量为hν＝3.1 eV的光照射其金属制成的极板K时，产生光电流。若K的电势高于A的电势，且电势差为0.9 V，此时光电流刚好截止。那么，当A的电势高于K的电势，且电势差也为0.9 V时，光电子到达A极时的最大动能是多大？此金属的逸出功是多大？
解析：
设光电子逸出时最大初动能为Ek，到达A极的最大动能为Ek′
当A、K间所加反向电压为0.9 V时，由动能定理有
eU＝Ek 得Ek＝0.9 eV
当A、K间所加正向电压为0.9 V时，由动能定理有
eU′＝Ek′－Ek 得Ek′＝1.8 eV
由光电效应方程有Ek＝hν－W0
得W0＝2.2 eV.
【例题3】美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X光光子的运动方向也会发生相应的改变。下列说法正确的是（ ）
A.当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光子散射后频率变大
B.康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量
C.X光散射后与散射前相比，速度变小
D.散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变
解析：
B
在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，则光子动量减小，但速度仍为光速C。
【例题4】(多选)下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是（ ）
A.有的光是波，有的光是粒子
B.光子与电子是同样的一种粒子
C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著
D.康普顿效应表明光具有粒子性
解析：
一切光都具有波粒二象性，光的有些现象(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些现象(如光电效应、康普顿效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子，A错误；电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子，B错误；光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，C正确；康普顿效应表明光具有粒子性，D正确。
CD
1、用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J.已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（ ）
A.1×1014 Hz B.8×1014 Hz
C.2×1015 Hz D.8×1015 Hz
B
设单色光的最低频率为ν0，由Ek＝hν－W0知
2、(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量.下列说法正确的是（ ）
A.若νa＞νb，则一定有Ua＜Ub
B.若νa＞νb，则一定有Eka＞Ekb
C.若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb
D.若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb
由爱因斯坦光电效应方程得，Ek＝hν－W0，由动能定理得，Ek＝eU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同.当νa＞νb时，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故选项A错误，B正确；若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝ hνa－ Eka＝ hνb－ Ekb，故选项D错误。
BC