物理第四章 原子结构和波粒二象性2 光电效应优秀课件ppt

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光电效应现象： 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。
一、光电效应的实验规律
（1）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！
（2）金属要发生光电效应与入射光强弱无关，只与频率有关。（3）入射光频率低于截止频率时，不光光照多强，金属都不会发生光电效应！
（4）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。
（2）在光的颜色不变的情况下，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。
（1）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
（1）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。
（2）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;光的频率 改变，遏止电压也会改变。
（3）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。
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，几乎在照到金属时立即产生光电流。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。
二、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。
光的经典电磁理论无法解释的光电效应的三个实验结果：
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。
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。
三、爱因斯坦的光电效应理论
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hv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：
——光电子最大初动能
3.爱因斯坦对光电效应的解释
②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。
③对于同种颜色（频率相同）的光，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。
（2）由于爱因斯坦发现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
（1）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。
（3）光电效应显示了：光子和其他粒子一样，也具有能量，光具有粒子性。
四、康普顿效应和光子的动量
光束通过某些介质时，可以看到光的散射现象。
1923年康普顿在做X射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长和散射物质都无关。这种波长改变的散射称为康普顿效应。
3.经典理论无法解释康普顿效应。 经典理论认为：物质中的电子会随入射光以相同的频率振动，并向外辐射，即散射光的频率与入射光频率相等。而无法解释有Δλ存在的实验规律。
3.康普顿效应的光量子理论解释
（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。
4.康普顿散射实验的意义
（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。
光具有波动性，又有粒子性，即波粒二象性。
1.光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、偏振现象。
2.光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效应，康普顿效应。
光子能量： 光子动量：
3.关于光的本性问题，我们不应该在微粒说和波动说之间进行取舍，而应该把它们看作是光的本性的两种不同侧面的描述。
1．下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是（　　）A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光子说完全否定了波动说D．光电效应说明光具有粒子性
2．关于康普顿效应，下列说法正确的是（　　）A．康普顿效应证明光具有波动性B．康普顿效应可用经典电磁理论进行解释C．康普顿在研究石墨对射线的散射时发现，在散射的射线中，有些波长变长了D．康普顿在研究石墨对射线的散射时发现，在散射的射线中，有些波长变短了
3．金属P、Q的逸出功大小关系为WP>WQ，用不同频率的光照射两金属P、Q，可得光电子最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系图线分别为直线p、q，则下列四图中可能正确的是（　　）
4．有关光电效应实验，下列说法正确的是 （　　）A．在光颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大B．入射光越强，光电子的最大初动能越大，因而遏止电压越大C．不管入射光的频率如何，只要光足够强，就会有光电流产生D．当入射光频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，都会瞬间产生光电流
5．用如图甲所示的装置研究光电效应现象，闭合开关S，用频率为v的光照射光电管时发生了光电效应，图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率v的关系图像，图线与横轴交点的坐标为(a,0)，与纵轴交点的坐标为(0,-b)，下列正确的是（　　）A．普朗克常量为h=b/aB．断开开关S后，电流表G的示数不为零C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变
6．如图所示，在验电器上安装一个铜网，使其带电，验电器金属箔张开一定角度。用紫外线照射铜网，验电器金属箔的张角保持不变，再将一块锌板放置在该铜网后面一定距离处，用同一紫外线照射锌板时，发现金属箔张开角度减小，下列说法正确的是（　　）A．增加紫外线照射铜网的强度，金属箔张角将变大B．紫外线的频率大于金属锌的截止频率C．铜网带正电D．改用紫光照射锌板，验电器的金属箔张角也一定减小
7．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线，如图所示，则可判断出（　　）A．甲光的频率大于乙光的频率B．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能C．丙光的频率大于乙光的频率D．甲光在单位时间内通过单位面积的光子数大于乙光