光电效应与光的量子说更新.ppt

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1、光的认识过程,牛顿的微粒说,同时发生反射和折射,惠更斯的波动说,干涉衍射实验难以实现,直线传播、反射、折射,反射、折射、干涉、衍射等现象,光波是电磁波、且是横波,?,杨氏干涉（双孔、双缝干涉）,光电效应现象,4.2光电效应与光的量子说,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），使验电 器张角增大到约为 30度时，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。,1、光电效应现象,表明锌板在射线照射下失去电子而带正电,一、光电效应,2、什么是光电效应,一、光电效应,当光线照射在金属表面时，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。,光电子定向

2、移动形成的电流叫光电流,（1）存在截止频率c,实验表明:对于每种金属，都存在一个发生光电效应所需的入射光的最小频率，称为该金属的截止频率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，照射时间多长，也无电子逸出金属表面。,实验现象：,3、光电效应的实验规律,3、光电效应的实验规律,（2）存在饱和电流,2.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。,即：光的强度一定时，K发射的电子数目一定。,实验表明：1.当入射光的频率高于截止频率、光电流出现时，入射光越强，光电流越大,3、光电效应的实验规律,（3）光电子的最大初动能,实验表明：光电

3、子的最大初动能与入射光的频率成线性关系,光电效应在极短的时间内完成,(4)具有瞬时性,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109 秒（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。,光电效应的实验规律,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；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；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；入射光照到金属上时，光电子的发

4、射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒.,4、光的波动说解释光电效应：,经典的波动理论,1、能量是连续的2、光是一种电磁波，光的强度取决于振幅的大小，振幅越大，光就越强。即光强（振幅）越大，光能越大，光的能量与频率无关3、光的能量可以逐渐积累。,思考：为什么光照射金属可以逸出电子？,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。,饱和电流,截止频率,具有瞬时性,最大初动能,2.光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大,3.光越强，光电子的最大初动能应该越大,1.不管光的频率如何，只要积累足够长的时间，电子获得足够能量就会形成光电子,4.如果光很弱，电子需几分钟到十几分钟的时

5、间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于10-9 s。,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.最大初动能只与频率有关，而与光强无关,1.存在截止频率，当入射光的频率低于截止频率，不能发生光电效应。,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10-9s.,不相符,相符,不相符,不相符,光电效应的解释遇到了困难!,1.光子：,光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为的光的能量子为h。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：,二.爱因斯坦的光量子概念 光电效应方程,2.爱因斯坦的光电效应方程,

6、或,光电子最大初动能,金属的逸出功,W0,一个电子吸收一个光子的能量h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：,2.光强：,(1)入射光的强度：指单位时间内照射到金属表面单位面积上的光子的总能量，是由入射光子数和入射光子的频率决定的可用Pnh表示，其中n为单位时间内照射到单位面积的光子数(2)在入射光频率不变的情况下，光的强度与单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数成正比(3)对于不同频率的入射光，即使光的强度相等，在单位时间内照射到金属单位面积的光子数也不相同，从金属表面逸出的光电子数不同，形成的光电流不同,3.光子说对光电效应的解释,爱因斯坦方程

7、表明，光电子的初动能Ek与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当hW0时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。,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发生的。,光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。,（3）光强越大，饱和电流越大？,(1)存在截止频率？,(2)具有瞬时性？,(4)在光电流未达到最大 值之前，因光电子尚未全部形成光电流，电压越大，被吸引变成光电流的光电子越多,总之，在理解光电效应规律时应特别注意以下几个关系：,决定着,决定着,（4）达到饱和电流前，光电管的电压越大，光电流越大？,爱因斯坦光子假说圆满解释了

8、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。,由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。,4.光电效应理论的验证,美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。,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,4.2光电效应与光的量子说（第2课时）,爱因斯坦的光电效应方程,决定

9、着,决定着,例1.一验电器与锌板相连，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角,将_(填“增大”、“减小”或“不变”)(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针_(填“有”或“无”)偏转,无,减小,例2.利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()A用紫外线照射，电流表不一定有电流通过,B用红光照射，电流表一定无电流通过C用频率为的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中

10、一定无电流通过D用频率为的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变,D,例3.入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么()A从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显减少B逸出的光电子的最大初动能将减小C单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D有可能不发生光电效应,B,由图线得到的物理量：,1.截止频率,2.逸出功,3.普朗克常量,使光电流减小到零的反向电压,+,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，I0，,因为

11、电子有初速度,则I=0，式中UC为遏止电压,U,K,A,由图线得到的物理量：,1.截止频率、逸出功,2.遏制电压、最大初动能,3.普朗克常量,光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光的强弱无关，只与入射光的频率有关，频率越高，光电子的最大初动能越大。,3.频率相同、强度不同的光，光电流与电压的关系：,由图线得到的物理量：,1.遏止电压,2.最大初动能,3.饱和电流,I,I,s,U,a,O,U,黄光（强）,黄光（弱）,遏止电压,饱和电流,U,b,4.频率不同、光强的光，光电流与电压的关系：,由图线得到的物理量：,1.遏止电压,2.最大初动能,3.饱和电流,I,I,s,U,a,O,U,黄光,遏止电

12、压,饱和电流,U,b,蓝光,光强相同，频率越大，光子数越少，光电子越少，饱和电流越小,例4.如图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率的关系图象，由图象可知()A该金属的逸出功等于EB该金属的逸出功等于h0C入射光的频率为0时，产生的光电子的最大初动能为E,D入射光的频率为20时，产生的光电子的最大初动能为2E,AB,例5.如图所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零由此可知阴极材料的逸出功为()A1.9 eV B0.6 eVC2.5 eV D3.1 eV,A,可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。,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105108 倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。,2.光电倍增管,