人教版选择性必修第三册ppt课件：4.2光电效应.pptx

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1、2光电效应1.知道光电效应现象,了解光电效应的实验规律。2.理解爱因斯坦的光子说及对光电效应的解释,会用光电效应方程解决一些简单问题。3.了解康普顿效应及其意义。4.知道光的波粒二象性。,1.光电效应的概念照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出。这个现象称为光电效应,这种电子常称为光电子。,1|光电效应的实验规律,2.研究光电效应的电路图,如图,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,阴极K在受到光照时能够发射光电子。阴极K与阳极A之间电压U的大小可以调整,电源的正负极也可以对调。电源按图示极性连接时,闭合开关后,阳极A吸收阴极K发出的光电子,在电路中形成光电流。这导致电压U为0

2、时电流I并不为0。3.光电效应的实验规律(1)存在截止频率当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。实验表明,不同金属的截止频率不同。换句话说,截止频率与金属自身的性质有关。(2)存在饱和电流在光照条件不变的情况下,在电流较小时电流随着正向电压的增大而增大;但当电流增大到一定值之后,即使电压再增大,电流也不会再进一步增大了,如图所示,光电流趋于一个饱和值。,光电流与电压的关系(3)存在遏止电压如果施加反向电压,也就是阴极K接电源正极、阳极A接电源负极,在光电管两极间形成使电子减速的电场,电流有可能为0。使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度,初

3、速度的上限vc应满足me=eUc。,进一步的实验表明,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。光的频率改变时,遏止电压Uc也会改变。(4)光电效应具有瞬时性当频率超过截止频率c时,无论入射光怎样微弱,照到金属时会立即产生光电流。精确测量表明产生电流的时间很快,即光电效应几乎是瞬时发生的。,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,1.逸出功要使电子脱离某种金属,需要外界对它做功,做功的最小值叫作这种金属的逸出功,用W0表示。不同

4、种类的金属,其逸出功的大小也不相同。2.光电效应与经典电磁理论的矛盾矛盾之一:光电效应中存在截止频率按照光的经典电磁理论,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。矛盾之二:光电效应中,遏止电压由入射光的频率决定,与光的强弱无关按照光的经典电磁理论,光越强,光电子的初动能应该越大,所以遏止电压Uc应该与光的强弱有关。矛盾之三:光电效应具有瞬时性如果光很弱,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,这个时间远远大于实验中产生光电流的时间。,2|光电效应经典解释中的疑难,2020-2021学年高二下学期物理人教版(20

5、19)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,吸收一个光子获得的能量是h,在这些能量中,一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属,剩下的是逸出后电子的初动能。(2)爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0,式中Ek为光电子的最大初动能,Ek=me。3.爱因斯坦光电效应方程对光电效应的解释(1)这个方程表明,只有当hW0时,光电子才

6、可以从金属中逸出,c=就是光电效应的截止频率。如图所示。,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,光电效应的Ek-图像(2)对于同种频率的光,光较强时,单位时间内照射到金属表面的光子数较多,照射金属时产生的光电子较多,因而饱和电流较大。(3)这个方程还表明,光电子的最大初动能Ek与入射光的频率有关,而与光的强弱无关。这就解释了遏止电压和光强无关。(4)电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积累能量的时间,光电流自然几乎是瞬时产生的。,2020-2021学

7、年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,(2)在康普顿效应中,当入射的光子与晶体中的电子碰撞时,要把一部分动

8、量转移给电子,因而,光子动量可能会变小。从式p=看,动量p减小,意味着波长变大,因此,这些光子散射后波长变大。光子既有能量也有动量,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020

9、-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,光电子的初动能、最大初动能与遏止电压(1)光照射到金属表面时,光子的能量全部被电子吸收,电子吸收了光子的能量,可能向各个方向运动,需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量,剩余部分为光电子的初动能。(2)只有金属表面的电子直接向外飞出时,只需克服原子核的引力做功,才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。(

10、3)遏止电压与光电子初速度的上限vc满足:me=eUc。饱和电流、正向电压与光的强度三者之间的关系(1)存在饱和电流的原因在一定的光照条件下,单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的,电压增加到一定值时,所有光电子都被阳极A吸收,这时即使再增大电压,电流也不会增大。,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,(2)饱和电流与正向电压的关系从金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和电流

11、,在一定的光照条件下,饱和电流与所加正向电压大小无关。(3)饱和电流与光的强度的关系实验表明,在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大。这说明,对于一定频率(颜色)的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多。,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,问题1.当

12、反向电压达到遏止电压Uc时,光电流为零,说明初速度最大的光电子运动到极板A时的速度恰好为多大?提示:速度恰好为0。2.遏止电压Uc与光电子的最大初速度vc满足哪个与能量相关的规律?请写出相关方程式。提示:满足动能定理。方程式为0-me=-eUc。3.综合应用爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0分析,对于同一个光电管,遏止电压Uc与入射光的频率、强弱有什么关系?提示:综合表达式可得Ek=me=eUc=h-W0,可知,遏止电压Uc与入射光的强弱无关,与入射光的频率有关,入射光的频率越大,遏止电压Uc越大。,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2

13、020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0的四点理解(1)爱因斯坦光电效应方程中的Ek是光电子的最大初动能,就某个光电子而言,其离开金属时剩余动能大小可以是0Ek范围内的任何数值。(2)爱因斯坦光电效应方程实质上是能量守恒方程。能量为=h的光子被电子吸收,电子把这些能量的一部分用来克服金属对它的吸引,另一部分就是电子离开金属表面时的动能。如果克服吸引力做功最少为W0,则电子离开金属表面时动能最大为Ek,根据能量守恒定律可知Ek=h-W0。(3)爱因斯坦光电效应方程包含了产生光电效应的条件。若发生光电效应,则光电子

14、的最大初动能必须大于零,即Ek=h-W00,可知hW0,=c,而c=恰好是光电效应的截止频率。,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,(4)如图所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率的变化曲线。这里,横轴上的截距是截止频率或极限频率;纵轴上的截距是逸出功的负值;斜率为普朗克常量。,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应,