(共23张PPT)
第四章
原子结构和波粒二象性
4.2光电效应
关于光的争论
托马斯·杨
马吕斯
菲涅耳
爱因斯坦
PK
麦克斯韦
把一块锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。
请观察
这个现象说明了什么问题？
用紫外线灯照射的瞬间，检流计指针发生明显偏转。
实验现象：
这意味着，紫外线会让电子从锌板表面逸出到达铜网。
新知讲解
当光线（包括不可见光）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。
光电子定向移动形成的电流叫光电流。
思考与讨论
电子为什么会逸出？
逸出功：外界做功使电子脱离金属，做功最小值叫作这种金属的逸出功。
逸出功的大小应该与材料自身有关。
设计电路
设计实验探究光电效应中电子 的逸出情况与光照强弱、光的频率等的关系
实验预测
依据光是电磁波的传统理论，预测实验可能出现哪些现象？
1.光电流与频率无关，无论光照强度多大，只要有光就可以，当电子积累的能量达到一定程度就一定会逸出，形成光电流。
2.光强越大，光电子动能越大。
3.光强越大，电子积累能量用时越短。光照强度弱，用时长。
4.同一光照强度，正向电压越大，到达正极的光电子越多，光电流越大。
1.是否一定会形成光电流，与光的频率有关系吗？
2.逸出光电子的动能与什么有关？
3. 光电子积累能量需要时间吗？
4.同一光照强度，光电流大小与加速电压有无关系？
在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。
在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。
这说明，在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的，电压增加到一定值时，所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。
这说明，对于一定频率（颜色）的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
1、存在饱和电流
一、光电效应的实验规律
反向电压增加，光电流减小。
2、存在遏止电压：Uc
光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。
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：
施加反向电压
实验表明当入射光的频率改变时，遏止电压也会发生变化。
3、存在截止频率
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。当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。
实验表明，不同的金属材料的截止频率不同。换句话说，截止频率与金属自身的性质有关。
实验现象：
紫外光可以让锌片发生光电效应，日光灯不能。说明光电效应与入射光的频率有关。
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
几种金属的截止频率和逸出功
实验现象：
光照的瞬间检流计发生偏转
4、光电效应具有瞬时性
实验发现：无论入射光多弱，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。
光的电磁理论与光电效应的矛盾
要点总结
电磁理论
＊不存在截止频率
＊遏止电压→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、爱因斯坦的光电效应理论
1. 光量子理论
能量量子化认为：电磁波的辐射和吸收是不连续的，一份儿一份儿的，每一份叫做一个能量子。
爱因斯坦认为：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，简称光子。
E = hν
光子的能量：
2. 光电效应方程
EK=hν-w0
——光电子最大初动能
—————金属的逸出功
W0
金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，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，
爱因斯坦的光电效应理论能否解释实验的各种现象？
遏
止
电
压
光电流与电压的关系
红光
红光
紫光
3. 爱因斯坦对光电效应实验规律的解释
请同学们尝试用爱因斯坦的光量子理论解释光电效应现象。
理论检验
电磁理论
＊不存在截止频率
＊遏止电压→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
√
√
√
光量子理论
√
？
光同时具备了波和粒子的性质---------光的波粒二相性！
实验检验
4.密立根验证光电效应方程
EK=hv-w0
测量金属的遏止电压Uc和入射光的频率v，计算出普朗克常量h，并与普朗克通过黑体辐射得出的h相比较。
误差不超过0.5%。
小结
1.光电效应的规律
（1）存在截至频率
（2）存在饱和电流
（3）存在遏止电压
（4）具有瞬时性
2.爱因斯坦的光电效应理论
光量子理论完美的解释了光电效应
托马斯·杨
马吕斯
菲涅耳
爱因斯坦
麦克斯韦
密里根
格物致理 永无止境！
内容小结：
1. 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
当堂练习
2. 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
3. 关于光电效应的规律，下列说法正确的是( )
A. 当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大
B.当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多
C.同一频率的光照射不同的金属，如果都能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大
D.对某种金属，入射光波长必须小于某一极限波长，才能有光电子逸出
ABD
4.铝的逸出功是4.2eV，现在将波长200nm的光照射铝表面．求：
（1）光电子的最大初动能；
（2）遏制电压；
（3）铝的截止频率．
解：（1）根据爱因斯坦光电效应方程，得
（2）遏止电压Uc满足 ,得遏止电压
(3)由 得截止频率
