6.1.2 光电效应的应用和光的波粒二象性 课件(共27张PPT)

(共27张PPT)
第六章　波粒二象性
光电效应的应用和光的波粒二象性
2
了解光电效应在生产生活中的应用
1
进一步理解爱因斯坦光电效应方程,会用图像描述光电效应有关物理量之间的关系,能利用图像求最大初动能、极限频率和普朗克常量
重难点
3
理解光的波粒二象性,了解光是一种概率波
重点
光电效应图像问题
遏止电压
饱和电流Is
光电效应的实验规律
对于同一种金属，光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。
同一种金属对于一定频率的光， 无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。
光的频率ν改变时，遏止电压Uc也会改变。
爱因斯坦光电效应方程
hν ＝Ek+W0
：W0=hνc
Ek= hν -W0
光电子最大初动能
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
光电效应中的四类图像
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率νc:图线与ν轴交点的横坐标
②逸出功W:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值,即W=|-E|=E
③普朗克常量h:图线的斜率,即h=k
入射光颜色相同、强度不同时,光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc:图线与横轴的交点的横坐标
②饱和电流Im:电流的最大值
③最大初动能:Ek=eUc
入射光颜色不同时,光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和电流
③最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率νc:图线与横轴交点的横坐标
②遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大
③普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke(注:此时两极之间接反向电压)
1.(2023·河北唐山市开滦第一中学校考)金属钛由于其稳定的化学性质,良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱,以及高强度、低密度,被美誉为“太空金属”。用频率为2.5×1015 Hz的单色光照射金属钛表面,发生光电效应。从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图所示。普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,则下列说法正确的是
A.钛的极限频率为2.5×1015 Hz
B.钛的逸出功为6.63×10-19 J
C.随着入射光频率的升高,钛的逸出功增大
D.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
√
光电效应的应用
光电效应在自动化控制和光电成像领域有着广泛应用。
1.光电开关
光电管是利用光电效应使 转换成______
的基本光电转换器件,应用光电管可控制电路接
通或断开。如图是光电控制报警电路,正常情况
下,光束照射到光电管,光电管产生 ,与光电管连接的电路有 ,电磁铁产生磁场,吸引报警电路中的开关,使报警电路 ;当有物体从光源和光电管间通过时,挡住光束,光电管不再产生光电效应,与光电管连接的电路没有电流,电磁铁对报警电路的开关没有吸引力,在弹簧弹力作用下,开关 ,警铃发出警报。
光信号
电信号
光电效应
电流
断开
闭合
一款对射型光电开关
2.光电成像
光电成像的原理是利用光电效应先将 转换成 ,然后将________转换成 。
电荷耦合器件(简称CCD)是光电成像系统中将光信号转换成电信号的器件,由众多的微小光敏元件、电荷转移电路、电荷读取电路组成。CCD广泛应用于数码相机、扫描仪、数字摄像机等设备中。
光信号
电信号
电信号
光信号
数码相机内的CCD传感器
2.(多选)如图所示是光控继电器的示意图。当用绿光照射光电管阴极K时,可以发生光电效应,则下列说法正确的是
A.增大绿光照射强度,光电子最大初动能增大
B.增大绿光照射强度,电路中的光电流增大
C.改用波长比绿光波长长的光照射光电管阴
极K时,一定能发生光电效应
D.改用频率比绿光频率大的光照射光电管阴极K时,一定能发生光电效应
√
√
光的波粒二象性
牛顿光的微粒说
光是实物粒子
光是振动形式在媒质的传播——波
光是电磁波
光是能量子即光子
惠更斯和托马斯·杨的光的波动说
到麦克斯韦的光的电磁理论
爱因斯坦的光子理论
人类对光的认识过程
光的波粒二象性
光具有波粒二象性
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
波
光的波动性
光的粒子性
光的粒子性和波动性是相对的
粒
7个电子
100个电子
3000
20000
一个一个电子依次入射双缝的衍射实验：
70000
体现了粒子性
体现了波动性
粒子出现的概率高
粒子出现的概率低
为了对光的本性做进一步的考察与分析,物理学家把屏换成感光底片,在不断变化光强的情况下,用短时间曝光的方法进行了光的双缝干涉实验(如图所示)。
不同光强下光的双缝干涉实验结果
当光很弱时,光是作为一个个粒子落在感光底片上的,显示出了光的粒子性;当光很强时,光与感光底片量子化的作用积累起来形成明暗相间的条纹,显示出了光的波动性。
光很弱时,感光底片上的图像与我们通常观察到光的双缝干涉的图像相差很远如图(a);增强光的强度,光的双缝干涉的图像变得清晰起来如图(b);当光较强时,得到的图像与我们通常观察到的光的双缝干涉图像一样如图(c)。这个实验说明了什么
(1)个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性。
(　　)
(2)光在传播时是波,而与物质相互作用时就转变成粒子。(　　)
(3)光表现出波动性时,就不具有粒子性了;光表现出粒子性时,就不具有波动性了。(　　)
(4)高频光是粒子,低频光是波。(　　)
√
×
×
×
3.(多选)关于光的认识,下列说法正确的是
A.少量光子通过狭缝后落在感光底片上表现出光的波动性
B.延长曝光时间,大量光子通过狭缝后落在感光底片上遵循统计规律,表现
出光的波动性
C.光的波动性是光子之间的相互作用引起的
D.光的波粒二象性应理解为:在某种场合下光的波动性表现明显,在另外某
种场合下,光的粒子性表现明显
√
√
目标一
光电效应图像问题
目标三
光的波粒
二象性
图像1.最大初动能Ek 频率ν，原理式： EK= hν -W0
图像2.遏止电压Uc 频率ν，原理式：
图像3.饱和电流Is 外加电压U
波动性
粒子性
干涉
衍射
偏振
光电效应
康普顿效应
目标二
光电效应的应用
光电开关
光电成像
光电效应的应用
光的波粒二象性
由题图可知,当最大初动能等于零时,入射光的频率等于金属的极限频率,则有νc=1.0×1015 Hz,可知钛的逸出功W0=hνc=6.63×10-34×1.0×
1015 J=6.63×10-19 J,A错误,B正确;
逸出功由金属本身的性质决定,与入射光频率无关,C错误;
由题图可知,光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是正比关系,D错误。
增大绿光照射强度，光电子最大初动能不变，
而光电流增大,A错误,B正确;
光的波长越长,频率越小，则改用波长长的光
照射光电管阴极K时,不一定能发生光电效应,C错误;
改用频率大的光照射光电管阴极K,入射光频率一定大于极限频率,则一定能发生光电效应,D正确。