人教版选修3-5第十七章第二节课：光电效应 27张ppt

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17.2《光的粒子性》
用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），则发现验电 器张角增大，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。说明锌板带正电。
锌板在光线照射下失去电子带上正电
光电流 ：
一、光电效应现象
光电效应：
在光的照射下，电子从物体表面逸出的现象。
光电子：
光电子定向移动形成的电流。
光电效应中逸出的电子称为光电子。
研究光电效应主要是要解决以下问题：
（3）当光照射到金属表面时，从金属表面逸出来的光电子数和什么因素有关；
（2）光电子的初动能由什么因素决定；
（1）产生光电子的条件是什么；
（4）如何从理论上解释光电效应。
☆勒纳德等人通过实验得出以下结论：
①对于每一种金属，存在一个极限频率，入射光的频率必须大于极限频率，才能发生光电效应，低于极限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且是一定值时，入射光越强，饱和光电流越大；

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光电子的发射几乎是瞬时的，不超过10-9秒
二、光电效应的实验规律
经研究后发现：
对于每种金属，都相应确定的极限频率?c 。
当入射光频率? > ?c 时，电子才能逸出金属表面；
当入射光频率? < ?c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。
(1)存在极限频率
光电效应的实验规律
光电效应的实验规律
（2）存在饱和光电流
☆光照强度不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，这个最大值称作饱和值。
☆因为光照强度一定时，K发射的电子数目一定。
实验表明：
入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，饱和电流越大。
遏止电压UC：使光电流减小到零的最小反向电压
－
+ + + + + +
一 一 一 一 一 一
v
加反向电压，如右图所示：
光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运动。若
最大的初动能
U=0时，I≠0，
则I=0，式中UC称为遏止电压
(3)存在遏止电压UC
U
K
A
光电效应的实验规律
光电效应伏安特性曲线
☆存在遏止电压UC，说明光电子的初动能存在最大值。
☆入射光强度越大，饱和光电流越大
☆对于一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压是一定的。只有光的频率改变时，遏止电压才会改变。
☆遏止电压由入射光频率决定。
光电效应的实验规律
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。
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。
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”）。
(4)具有瞬时性
光电效应的实验规律
以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以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。
光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。
①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压UC应与光的强弱有关。
②不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。
③如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需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10-9S。
√
实验表明:对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何,遏止电压是一样的.
温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。
☆光电效应规律与经典电磁理论的矛盾
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：
三、光电效应的理论解释
1.爱因斯坦的光子说
三、光电效应的理论解释
2.爱因斯坦的光电效应方程
1905年（爱因斯坦的奇迹年），
《关于光的产生和转化的一个试探性观点》
光子能量
逸出功
最大初动能
光电效应方程
三、光电效应的理论解释
3.光电效应的解释
条件
最大初动能
单位时间逸出电子个数
时间
三、光电效应的理论解释
4.爱因斯坦光子说的验证
密里根耗费了十年的时间，通过大量实验测量光电效应方程中的几个物理量，并由此计算普朗克常量h，然后与黑体辐射得到的h相比较，来验证爱因斯坦方程的正确性。

结果：在1915年证实了爱因斯坦的光电效应方程中h的值与理论值在误差范围内完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。
光子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。
光子说的验证原理：
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
。
可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。
四.光电效应在近代技术中的应用
1.光控继电器
可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105~108 倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。
2.光电倍增管
光的粒子性
一、光电效应的基本规律
小结
1.光电效应现象
2.光电效应实验规律
①每一种金属，都存在一个极限频率，入射光的频率只有大于这个极限频率，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，光电流强度与入射光的强度成正比；
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光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒.
1.在光电效应的实验中，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，验电器的指针张开一个角度，如图所示，这时( )
A.锌板带正电，指针带负电
B.锌板带正电，指针带正电
C.锌板带负电，指针带正电
D.锌板带负电，指针带负电
B
练习
2.一束黄光照射到某金属表面上时，不能产生光电效应，则下列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.增大光束的强度
C.换用红光照射
D.换用紫光照射
D
练习
3.关于光子说的基本内容有以下几点，不正确的是( )
A.在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子
B.光是具有质量、能量和体积的物质微粒子
C.光子的能量跟它的频率成正比
D.光子客观上并不存在，只是人为假设的
练习
B
4. 能引起人的视觉感应的最小能量为10-18J，已知可见光的平均波长约为0.6?m，则进入人眼的光子数至少为 个，恰能引起人眼的感觉.
练习
3
5.关于光电效应下述说法中正确的是( )
A.光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大
B.只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应
C.在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率有关
D.任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应
练习
D