人教版（2019）选择性必修第三册 4.2 光电效应 课件(共27张PPT)

(共27张PPT)
光电效应
17世纪明确形成了两大对立学说
牛顿
惠更斯
微粒说
波动说
19世纪初证明了波动说的正确性
由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风
19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说：光具有粒子性
对光学的研究
从很早就开始了… …
实验现象：
一、光电效应：当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。
新课引入
用紫外线灯照射后，验电器张开的指针夹角会变小,说明锌板带的负电荷变少了。这意味着，紫外线会让电子从锌板表面逸出。
光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。
光电子在电场作用下形成光电流。
二、光电效应的实验规律
1. 光电效应实验
窗口
I
二、光电效应的实验规律
当入射光频率减小到某一数值 c 时，A、K极板间不加反向电压，电流也为0。此时的光的频率 c即为截止频率！
1.截止频率
1.金属要发生光电效应与入射光强弱无关，只与频率有关。
2.入射光频率低于截止频率时，不管光照多强，金属都不会发生光电效应！
不同金属的截止频率不同。
截止频率与金属自身的性质有关。
二、光电效应的实验规律
光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。
2.饱和电流
频率不变，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。
二、光电效应的实验规律
当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称截止电压。
3.截止电压
光电子克服电场力做功，到达A极板时速度刚好为零。
同一种金属，截止电压只与光的频率有关。
光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。
二、光电效应的实验规律
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极限频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。
4.光电效应具有瞬时性
更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10-9秒（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。
二、光电效应的实验规律
1.对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；
2.当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大；
3.光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；
4.入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒。
总结：
三、光电效应经典解释中的疑难
逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。
几种金属的截止频率和逸出功
三、光电效应经典解释中的疑难
光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。
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。
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。
如果光很弱，按经典电磁理论估算，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。
无法用经典的波动理论来解释光电效应。
逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。
1.光子：
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。
爱因斯坦的光子说
爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：
四.爱因斯坦的光子假设
2.爱因斯坦的光电效应方程
一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：
四.爱因斯坦的光子假设
光子能量
逸出功
最大初动能
即
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
。
四、爱因斯坦的光电效应理论
思考与讨论
白天的天空各处都是亮的；航天员在大气外飞行时，尽管太阳的光线耀眼刺目，其他地方的天空却是黑的，甚至可以看见星星。这是为什么？
(一)光的散射
光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射.
五.康普顿效应
X射线
λ ＝λ0
石墨体
（散射物质）
λ =λ0
λ >λ0
说明能量有损失，导致波长变长。
1918~1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了有与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0 的成分，这个现象称为康普顿效应。
康普顿
(二)康普顿效应
五.康普顿效应
康普顿正在测晶体对X 射线的散射
按经典电磁理论：
如果入射X光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！
一.康普顿效应
根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。
二.康普顿的解释
1.光子不仅具有能量，而且具有动量，光子的动量p与光的波长λ和普朗克常量h有关：
爱因斯坦质能方程：
光子能量：
波长变长的解释：
P↓——
λ↑
现在你知道为什么光撞在人身上，却没有被撞的感觉了吗？
h=6.626 10-34J/s
波长λ算它是5 10-6m
约P=1.21 10-28kgm/s
2.光子理论对康普顿效应的解释
①若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。
②若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。
③因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。
二.康普顿的解释
康
普
顿
效
应
康
普
顿
效
应
康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖
(1892-1962)美国物理学家
1.有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；
2.首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；
3.证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。
康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射”；在计算中开始只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。
康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。
三.康普顿散射实验的意义
1925—1926年，吴有训用银的X射线( 0 =5.62nm) 为入射线, 以15种轻重不同的元素为散射物质，
1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作.
对证实康普顿效应作出了重要贡献。
在同一散射角( )测量各种波长的散射光强度，作了大量 X 射线散射实验。
（1897-1977）
吴有训
四.吴有训对研究康普顿效应的贡献
爱因斯坦光电效应
表明光子具有能量
康普顿效应
表明光子具有动量
光子除了具有能量之外还具有动量
光的散射实验
光照金属表明实验
五.波粒二象性
光的粒子性和波动性是相对的
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
六.波粒二象性