4.2光电效应方程及其意义 课件 (共18张PPT) 高二下学期物理粤教版(2019)选择性必修第三册

(共18张PPT)
by甘腾胜@20230515
新粤教版(2019)高中物理选择性必修第三册 第四章
4.2 光电效应方程及其意义
温故知新
1、产生光电效应的条件：
任何一种金属，都存在极限频率υ0，只有当入射光频率υ>υ0时，才能发生光电效应。
2、光电子的最大初动能：
光电子的最大初动能Ekm与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大。
3、光电效应的发生时间：几乎是瞬时发生的。
4、光电流强度的决定因素：
当入射光频率υ>υ0时，光电流随入射光强度的增大而增大；当入射光的强度不变，频率增大，光电流不变。
光电效应的4条基本规律
温故知新
光电效应的实验规律
光电效应实验装置
光电效应伏安特性曲线
用电磁理论解释光电效应现象出现了困难。
能量子假说
普朗克在研究物体热辐射的规律时发现，只有认为电磁波发射和吸收的能量不是连续的，而是一份一份进行的，理论计算的结果才能跟实验事实相符合。
每一份的能量等于hυ ，其中υ是辐射电磁波的频率，
实验测得
h = 6.63×10 –34 j·s (普朗克常量）
量子假说的意义：由这个假说出发，可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象。
能量子假说
宏观世界物理量的取值往往是连续的，如质量、动能、动量等，都可以取从0到∞之间的任意值。而在微观世界，物理量的取值往往是不连续的，如氢原子中电子的能量，只可取-13.6ev, -3.4ev, -1.5ev等。
这种现象称为量子化现象。
光子假说
受到普朗克的启发，爱因斯坦于1905年提出：在空间传播的光也不是连续的，是以光速c运动的粒子（称为光子）流，是一份一份的，每一份叫做一个光子。
一个光子的能量为ε = hυ
式中的h = 6.63×10-34j·s
(普朗克常量)。
这个学说后来叫光子假说。
光电效应方程
按光子假说，光电效应中发出的光电子，是由入射光子与金属中电子碰撞后打出来的。
由于离子的束缚，电子只有吸收一定的能量，才能从物体内部逃脱，成为光电子。即：必须对内部电子做功，电子才能脱离离子的束缚而逸出表面，使电子脱离某种金属所做的功的最小值称为金属的逸出功，用W0表示。电子逃逸出来后，可能还有一定的动能，根据能量守恒定律，入射光子的能量等于出射光电子的最大初始动能与逸出功之和，即：
光电效应方程
对光电效应方程的理解
方程中的Ekm是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时动能大小可以是0～Ekm范围内的任何值
光电效应方程符合能量守恒定律
光电效应方程包含了产生光电效应的条件
理解几个物理量
逸出功W0：
金属表面的电子直接从金属表面飞出时克服原子核的引力束缚所做的功，叫做这种金属的逸出功。
最大初动能Ekm：
直接从金属表面飞出的光电子具有的动能最大。
爱因斯坦对光电效应的解释
光电效应方程
对极限频率的理解：从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到极限频率为
也就是说，只有当光子的能量hυ≥W0时，最大初动能Ekm≥0。
爱因斯坦对光电效应的解释
光电效应方程
对最大初动能的理解：从方程可以变形得到，光电子最大初动能和照射光的频率成线性关系
光电效应理论的验证
爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。
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，h 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。
。
爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖。
密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位，获得1923年诺贝尔物理学奖。
光电效应理论的验证
光电效应方程
【练1】(单)入射光照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。下列说法正确的是
A．逸出的光电子的最大初动能减少
B．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目减少
C．从光照至金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将增加
D．不发生光电效应
B
光电效应方程
【练2】(单)红、橙、黄、绿四种单色光中，光子的能量最小的是
A．红光
B．橙光
C．黄光
D．绿光
A
光电效应方程
【练3】(单)某单色光照射某金属时不能发生光电效应，则下述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．增强光的强度
C．换用波长较短的光照射
D．换用频率较低的光照射
C
光电效应方程
【练4】(多)光电效应的四条规律中，经典的电磁理论不能解释的有
A．入射光的频率必须大于被照射的金属的极限频率才能产生光电效应
B．光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增加
C．入射光照到金属上时，光电子的发出几乎是瞬时的
D．当入射光频率大于金属的极限频率时，光电流强度与入射光强度成正比
ABC
光电效应方程
【练5】(单)某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h表示普朗克常量，则激光器每秒发射的光子数为
A．
B．
C．
D．
A