4.1 光电效应 课件（28张PPT）

(共28张PPT)
第四章 波粒二象性
粤教版 选择性必修三
第一节 光电效应
新课导入
太阳能电池
光敏电阻
光电耦合器
锌板带负电，用紫外线灯照射后，验电器张开的指针夹角会变小。
实验现象：
锌板在紫外线照射下会让电子从锌板表面逸出。
实验结论：
Part 01
光电效应
光电效应：金属在光的照射下发射电子的现象
光 电 子：光电效应现象中从金属表面发射出来的电子
一、光电效应
二、光电管
光电管的结构及其工作原理
光电管就是利用光电效应制成的一种光学元件，它的作用是把光信号转变为电信号。
表面通常涂有碱金属(锂、铯)
光电流的大小与什么因素有关呢？
Part 02
光电效应的实验定律
光电流的大小与什么因素有关呢？
入射光的强度
大胆猜想：
频率
光照时长
使用不同颜色的入射光(滤光片)
光电管、电流表
光电管两端电压
改变光罩上出射孔的数目或大小
探究光电流的大小的影响因素
光电效应实验原理示意图
频率
探究光电流的大小的影响因素
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。
当入射光的频率比较低时，无论入射光强度多么大，照射时间多么长，光电管都没有光电流产生． 而当入射光的频率大于某一频率时，无论入射光强弱，都能够几乎瞬时产生光电流
: 截止频率
光照时长
探究光电流的大小的影响因素
光照时长
光电效应几乎是瞬时发生的，无论入射光多弱，都会在照射到金属时立即产生光电子。
实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的截止频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。
更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10－9 s（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。也就是说电子不需要积累能量的时间。
光电效应具有瞬时性
光电效应的实验规律
存在截止频率；
光电效应具有瞬时性；
光电效应实验原理示意图
入射光的强度
光电管两端电压
在光照条件不变的情况下，光电流的大小随着正向电压的增大而增大，当正向电压增加到一定值时，光电流大小不再变化，达到饱和．
在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。
光电效应存在饱和电流
光电流与电压的图象
光电效应的实验规律
光电效应实验原理示意图
存在截止频率；
光电效应具有瞬时性；
存在饱和电流；
反向电压
在强度和频率一定的光照射下，回路中的光电流将会随着反向电压的增加而减小，并且当反向电压达到某一数值时，光电流将会减小到零．
: 遏止电压
+ + + + + +
一 一 一
E
E
F
－
v
U
K
A
速率最大的是 vc
最大的初动能
　
【存在着遏止电压】：使光电流减小到0的反向电压UC 称为遏止电压。
①对于同一种颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都一样
光电流与电压的图象
　
　
　
【存在着遏止电压】：使光电流减小到0的反向电压UC 称为遏止电压。
①对于同一种颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都一样
②光的频率发生变化时，遏止电压也会发生变化。
　
　
　
　
【存在着遏止电压】：使光电流减小到0的反向电压UC 称为遏止电压。
①对于同一种颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都一样
②光的频率发生变化时，遏止电压也会发生变化。
③这表明光电子的能量（动能）只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关
最大初动能
光电效应的实验规律
光电效应实验原理示意图
存在截止频率；
光电效应具有瞬时性；
存在饱和电流；
存在遏止电压，与入射光频率有关,与入射光的强弱无关
Part 03
经典电磁理论解释的困难
经典电磁理论解释的困难
⑴当光照射金属表面时，电子会吸收光的能量。若电子吸收的能量超过逸出功，电子就能从金属表面逸出，这就是光电子。
⑵光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。
⑸如果光很弱，电子需要几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于实验中产生光电流的时间。
⑶不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可以获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率；
⑷光越强，光电子的初动能应该越大，所以截止电压Uc应该与光的强弱有关；
这些结论与实验结果相矛盾， 经典电磁理论更是无法解释。
存在截止频率（红限）——没有能量积累过程
初动能(遏止电压)与光强无关——取决于入射光的频率
光电效应具有瞬时性——没有能量积累过程
课堂小结
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：遏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。
课堂练习
光电效应实验的装置如图所示，现用发出紫外线的弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度。
（1）锌板带的是 电荷，请解释锌板带电的原因。
（2）将带负电的金属小球与锌板接触，验电器指针偏角会
发生什么变化？
（3）使验电器指针回到零，改用强度更大的
弧光灯或强度等大的红外线灯照射锌板，
观察到的实验现象是怎样的？
正
偏角减小 或 先减小后再增大
光电效应的发生只取决于入射光的频率是否大于截止频率，与光强无关。
若用红光射线照射锌板，红光频率小于紫外线，但不一定小于金属的截止频率，则锌板可能发射光电子。
1．（多选）有关光电效应实验，下列说法正确的是（ ）
在光颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大
入射光越强，光电子的最大初动能越大，因而遏止电压越大
不管入射光的频率如何，只要光足够强，就会有光电流产生
当入射光频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，都会瞬间产生光电流
AD
课堂练习
2．（单选）在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连。用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时（ ）
锌板带正电，指针带负电
锌板带正电，指针带正电
锌板带负电，指针带正电
锌板带负电，指针带负电
B
课堂练习
3. (多选) 如图所示是利用光电管研究光电效应的实验原理图，用一定强度的某频率的可见光照射光电管的阴极K，电流表中有电流通过，则( )
若将滑动变阻器的滑动触头置于b 端，电流表中一定有电流通过
若改用紫外线照射阴极K，电流表
中一定有电流通过
若将电源反接，光电管中可能有
电流通过
若减小可见光的光照强度，电流表
中一定无电流通过
ABC
课堂练习
4．（多选）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是（ ）
入射光的频率变高，饱和光电流变大
入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大
保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大
保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生
BC
课堂练习
5．（多选）光电效应现象的规律中，经典波动理论不能解释的有( ）
入射光的频率必须大于被照金属的截止频率时才产生光电效应
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
入射光照射到金属表面上时，光电子的发射几乎是瞬时的
当入射光频率大于截止频率时，光电子数目与入射光的强度成正比
ABC
课堂练习