物理人教版（2019）选择性必修第三册4.2 光电效应（共29张ppt）

(共29张PPT)
光电效应
1、什么是黑体，为什么要研究黑体？1
2、黑体辐射的规律是什么？1
3、黑体辐射的规律是什么？1
4、经典物理为什么失败，普朗克成功的关键是将能量量子化（一份一份的能量子）1
一、黑体与黑体辐射
1.黑体：物体只辐射而对各种波长的电磁波不发生反射。
思考：那怎么样才能得到一个黑体啊？
太阳，白炽灯灯丝近似当做黑体
带小孔的空腔
2.黑体辐射：黑体向外辐射的电磁波（热辐射）。
黑体辐射：只与温度有关
一般辐射：与温度、材料、表面状况有关
差别大
它可能反映了某种具有普遍意义的客观规律，人们因此对黑体辐射进行了深入的实验及理论研究。
利用分光技术和热电偶等设备，可以测出黑体辐射电磁波的强度按波长分布的情况。
二、黑体辐射的实验规律
黑体辐射谱
②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
温度升高：
①各种波长的辐射强度都增加
思考：怎样解释黑体辐射的实验规律呢
2.维恩、瑞利——金斯的解释
①维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大。
②瑞利公式在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符。
3.普朗克的解释
普朗克找到了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。
维恩公式和瑞利——金斯公式，其实就是普朗克公式的特殊情况。
ε叫能量子，简称量子， 能量是量子化的，只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量。
比喻：电磁波就好象是机关枪发射子弹，子弹是一颗一颗向前运动的，每一颗子弹就好象是一份电磁波。
ε=hν
h：普朗克常量，h=6.626×10-34J/s
普朗克
ν：电磁波的频率
普朗克对微观带电微粒能量取值的假设和宏观世界中我们对能量的认识有很大不同。
弹簧振子
能量
量子
经典
→能量值是连续的
照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子常称为光电子。
思考：怎么衡量光电效应的强弱呢？
一、光电效应的实验规律
uA
A
K
窗口
1.研究光电效应的电路图
①阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极。
②K在受到光照时能够发射光电子
③阳极A吸收阴极K发出的光电子，形成光电流，光电流越大，说明光电效应越强。
I
思考：为什么要加正向电压？
思考：为什么要加正向电压？
uA
A
K
窗口
I
分析：光束照在阴极K上会发生光电效应现象，但只有少数的电子能到达阳极A，电路中电流很小。加了正向电压后，大量的电子在电场力的作用下向阳极运动，形成较大电流。（加正向电压的目的是放大实验效果，增强实验“可见性”）。
E
2.实验规律
大量实验表明：入射光的频率必须高于某一极限频率才能发生光电效应。
①存在截止频率：vc
→跟材料有关
+ + + + + +
一 一 一 一 一 一
K
A
E
②存在饱和电流：IC
一定的光照情况下，产生的光电子数量是一定的。
实验表明：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。
③存在遏止电压：Uc
+ + + + +
一 一 一 一 一
K
A
E
此时拥有最大初动能（能量）的光电子到达A极时，动能刚好减小为零，而动能的改变是由于电场力做功：
实验表明：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 ν改变时，遏止电压也会改变。
光电子的能量（初动能）只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。
饱和电流IC
遏
止
电
压
④光电效应具有瞬时性
实验发现：无论入射光多为弱，都会在照射到金属时立即产生光电子，精确测量表明这个时间<10-9s，也就是说电子不需要积累能量的时间。
截止频率
饱和电流
遏止电压
规律
→频率
→光强
→频率
瞬时<10-9s
令科学家感到困惑
任何一种金属，都有一个极限频率，入射光频率必须大于这个极限频率才能产生光电效
入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的（ t﹤10-9秒）
入射光越强，饱和电流大。
光电效应规律
经典理论的解释
光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大
入射光越强，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和电流大。
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。不存在极限频率。
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。
若光很弱，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。
×
×
×
2.光的电磁理论与光电效应的矛盾
电磁理论
＊不存在截止频率
＊截止电压→光强
＊需要长时间
存在截止频率
遏止电压
→频率
瞬时<10-9s
实验结果
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。
二、光电效应经典解释中的疑难
思考与讨论
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
金属原子
原子核
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。
使电子脱离某种金属所做功的最小值。
①逸出功W0：
金属 钨 钙 钠 钾 铷
vc/（1014HZ） 10.95 7.73 5.53 5.44 5.15
W0/eV 4.54 3.20 2.29 2.25 2.13
③光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。
②光电子：金属表面受到光照射时，从金属表面逸出的电子。
1.光的电磁理论
例1：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？
课堂练习
答：当入射光频率高于截止频率时，光强增加，发射的光电子数增多；入射光频率低于截止频率时，无论光强怎么增加，都不会有光电子发射出来。
课堂小结
一、光电效应的实验规律
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。
①存在截止频率：vc
2.实验规律
②存在饱和电流：IC
③存在遏止电压：Uc
④光电效应具有瞬时性<10-9s
二、光电效应经典解释中的疑难
①逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值。
1.光的电磁理论
③光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。
②光电子：金属表面受到光照射时，从金属表面逸出的电子。
2.光的电磁理论与光电效应的矛盾
例2：如图所示，用绿光照射一光电管的阴极时产生光电效应，欲使光子从阴极逸出是的最大初动能增大，应采取的措施是（ ）
A.改用红光照射
B.改用紫光照射
C.增大绿光的强度
D.增大加在光电管上的正向电压
课堂练习
B
课堂练习
例3：光电效应实验的装置如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A.用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转
B.用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转
C.锌板带的是负电荷
D.使验电器指针发生偏转的是正电荷
AD
课堂练习
例4：入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么（ ）
A.从光照射金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B.逸出的光电子的最大初动能将减小
C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
D.有可能不发生光电效应
C
课堂练习
例5：当某种频率的光照射到光电管时，电流表中没有读数，以下这些操作，哪个可能使电流表有读数（ ）
A.将电池的极性反转
B.将变阻器的滑片向移动
C.将变阻器的滑片向的移动
D.换用频率更高的光
D