人教版（2019）选择性必修第三册 4.2 光电效应 课件(共20张PPT)

(共20张PPT)
第二节 光电效应
第一课时 光电效应实验规律与经典解释中的疑难
问题与思考：
问题一：分析上述现象产生的可能原因？
光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子逸出的现象。逸出的电子称之为光电子
问题二：如果原来锌板原来不带电，用紫外线照射，是否能够发生类似的现象？
问题三：若是能发生光电效应，锌板带什么电？电子逸出的过程中，验电器的张角会不会一直增大？
光电效应的实验规律：
光电效应的研究史：
1.最早发现光电效应：1887年赫兹在研究电磁波实验中发现受到光照的接收电路间隙更容易产生电火花；
2.德国物理学家勒纳德、英国物理学家J.J.汤姆孙相继通过实验证实光电效应。
3.1905年，爱因斯坦发表论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》解释了光电效应，并因此获得1921年的诺贝尔物理学奖
光电效应的实验规律：
实验优化：
问题：闭合开关后，A板、B板的极性？电流表中是否有电流？
阴极
（-）
阳极
（+）
问题：闭合开关后，用光照射阴极K，如果有光电子逸出，会出现什么现象？
功能：通过电流表的示数判断是否发生光电效应现象，该电流称之为光电流
实验：换用不同频率的光照射阴极K，观察实验现象
现象：当入射光的频率小于某一数值νc时，光电流消失
结论：金属发生光电效应存在截止频率（νc）或称之为极限频率，不同金属的截止频率不同，与金属本身的性质有关。
光电效应的实验规律：
实验优化：
问题：保持光照条件不变，增大AK两板间电压，可能发生什么现象？为什么？
功能：通过光电流的大小可以判断单位时间从K板逸出到达A板的光电子数量。
结论：在一定的光照条件下，单位时间逸出的光电子数是一定的，当电压达到一定值时，所有的光电子都被阳极A吸收，此时电路中达到最大电流，称之为饱和电流（Im）。
现象：随着电压增大，光电流先增大，增大至一定值后趋于稳定，达到饱和值。
功能：通过饱和电流的大小可以判断单位时间内逸出的光电子总数。
结论：对于一定频率的光，入射光强度越大，单位时间逸出的光电子数越多。
光电效应的实验规律：
实验优化：
问题：若将电源反向，调节电压大小，可能发生什么现象？
结论：电路中存在遏止电压，调节电压大小，使光电流减小到0的的反向电压称之为遏止电压（Uc）
问题：遏止电压的存在说明什么问题？通过遏止电压可求解什么？
问题：上式中的速度与动能分别指什么？
功能：通过遏止电压可以计算光电子逸出时的最大初动能
实验：改变光照强度、入射光频率、金属种类分别进行实验
现象三：仅改变光照强度，遏止电压始终相同，改变光的频率以及金属种类，遏止电压会发生变化。
光电效应的实验规律：
实验优化：
现象三：仅改变光照强度，遏止电压始终相同，改变光的频率以及金属种类，遏止电压会发生变化。
结论：对于同一种金属，逸出的光电子最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。
规律总结：整理上述实验过程，分析电路中光电流随电压变化的规律，并定性画出某一固定色光照射金属板，光电效应现象中光电流随两板间电压变化的图象。
U
I
O
Im
Uc
蓝光
思考：若换用黄光进行实验，图线会有什么变化？
黄光
思考：若改变光照强度，图线会有什么变化？
Uc′
黄光（强）
光电效应的实验规律：
实验优化：
规律总结：整在上述实验中，若是入射光频率超过截止频率（ν0）时，无论入射光怎样微弱，光照射到金属时会立即产生光电流（t<10-9s），若入射光不满足条件，无论照射多长时间均不能产生光电流，即光电效应具有瞬时性。
光电效应经典解释中的疑难：
结论：金属表面层存在一种力阻碍电子的逃逸，电子要从金属中挣脱出来，必须获得一定能量以克服这种阻碍。要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功的最小值叫做这种金属的逸出功（W0）
包含但不仅限于库仑力
最小值的意义表现在哪？
光电效应经典解释中的疑难：
经典电磁理论不能解释的几个实验现象：
1.光电效应存在截止频率（ν0）
2.光电效应存在遏止电压，即逸出的光电子具有最大初动能
3.光电效应具有瞬时性
经典电磁理论能够解释的几个实验现象：
光照射金属表面，电子吸收光的能量，吸收的能量超过逸出功，电子从金属表面逸出，光照强度越大，逸出的电子数越多，光电流越大。
第二节 光电效应
第二课时 光的粒子性
爱因斯坦光电效应理论：
普朗克（能量子）：假定组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能
量值 ε 的整数倍。这个不可再分的最小能量值 ε 叫作能量子
爱因斯坦（光子说）：假定电磁波本身的能量也是不连续的，即认为
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成，
频率为ν的光得到能量子为hν，称之为光子
基于爱因斯坦光子说对光电效应的解释：
+
-
ε
光子能量：ε=hν
逸出功：W0
初动能：Ek
思考：为什么不考虑电子逸出前的初始能量？
爱因斯坦光电效应理论：
爱因斯坦光电效应方程：
逸出功（W0）：要使电子脱离金属，外界对其做功的最小值。
最大初动能（Ek）
思考：用某一频率的光照射金属，能够发生光电效应，逸出的电子初动能是一个确定值吗？
思考：用不同频率的光照射金属，能够发生光电效应，频率大的光照射金属逸出的电子初动
能一定越大吗？
思考：方程中只取了一个光子的能量，电子有没有可能同时吸收多个光子能量而获得更大的
逸出初动能？
利用爱因斯坦光电效应理论解释光电效应：
1.满足一定条件的光照射金属能够发生光电效应
尝试利用爱因斯坦光电效应理论解释以下实验现象：
2.饱和电流Im随着光照强度增大而增大
3.光电效应现象中存在截止频率（ν0）
4.光电效应现象中遏止电压（Uc）与入射光的频率有关，而与光照强度无关
5.光电效应现象具有瞬时性
光电效应概念梳理：
概念与规律 物理意义 决定因素 相互关系
截止频率（νc）
能够使金属发生光电效应的最小频率
逸 出 功（W0）
要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功的最小值
由金属本身特性决定
饱和电流（Im）
反应单位时间内逸出的光电子数
与光照强度有关
n为单位时间逸出的光电子数
遏止电压（Uc）
分析光电子逸出的最大初动能
由入射光频率及金属逸出功决定
爱因斯坦光电效应方程
变式
强化练习：
例：铝的逸出功是4.2eV，现在将波长为200nm的光照射铝的表面。
（1）求光电子的最大初动能。
（2）求遏止电压。
（3）求铝的截止频率。
普朗克常量的测定：
斜率：
意义：1907年起，美国物理学家密立根以精湛的技术测量金属的遏止电压Uc与入射光的频率ν，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h进行比较，两者的误差范围小于0.5%，为爱因斯坦光电效应理论提供了直接的实验证据。
康普顿效应与光子的动量：
康普顿（美国物理学家）：1918~1922年研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有大于λ0的成分。
吴有训（中国留学生）：测试了多种物质对X射线的散射现象，证实了康普顿效应的普遍性。
实验现象：
康普顿效应与光子的动量：
◆基于经典电磁理论的解释
理论解释：
◆康普顿基于光子假说的解释
光子不仅具有能量，也具有动量
动量：
光的波粒二象性：
人类对光本质的认识历程：
牛顿的微粒说
惠更斯、托马斯·杨的波动说
麦克斯韦的电磁理论
爱因斯坦的光子理论
量子电动力学
事实依据：
光的波动说：光的干涉、衍射、偏振等现象
光的粒子说：光电效应、康普顿效应等现象
光的波粒二象性
量子电动力学
注：光的波粒二象性是一种实验事实，不是经典意义上的粒子和波。