鲁科版 (2019)选择性必修 第三册第1节 光电效应及其解释精品课件ppt

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知道什么是光电效应及其实验现象．　知道光子说和爱因斯坦光电效应方程，能够利用它解释光电效应实验现象．　了解光电效应的应用．　了解光的波粒二象性，了解光是一种概率波．
把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。这个现象说明了什么问题？
1.演示光电效应19世纪末赫兹用实验验证了麦克斯韦的电磁场理论,明确了光的电磁说,同时赫兹也最早发现了光电效应现象。(1)演示:如图所示,用紫外线灯照射锌板,与锌板相连 的静电计就带正电,这说明锌板在光的照射下发射了电子。(2)定义:在光的照射下电子从物体表面逸出的现象叫做光电效应。 发射出来的电子叫做光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电流。深度理解: (1)光电效应的实质:光现象转化为电现象; (2)使锌板发射电子的光是紫外线灯发出的紫外线.
2.研究光电效应 (1)实验目的 研究光电效应中电子逸出的情况与照射光的强弱、光的颜色(频率)等物理量间的关系。(2)光电效应的实验装置 一种典型的光电管如图所示,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电子。电源加在K与A之间的电压大小可以调整,正负极也可以对调,当电源按图示极性连接时,阳极A吸收阴极K发出的电子,在电路中形成光电流。
（1）存在极限频率:每一种金属对应一种光的最小频率 ，称极限频率．只有当光的频率大于或等于这个最小频率时，才会产生光电效应．当光的频率小于这个最小频率时，即使增加光的强度或照射时间 ，也不能产生光电效应．
3.光电效应的实验结论
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 s（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。
结论：光电效应在极短的时间内完成。
(2)光电效应的瞬时性
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。
因为光照条件一定时，K 发射的电子数目一定。
实验表明：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。
在入射光强度和频率不变的情况下,I-U曲线如图所示,曲线表明,当加速电压U增大到一定值时,光电流达到饱和值,这是因为单位时间内从阴极K射出的电子全部到达阳极A,若单位时间从阴极K上逸出的光电子数目为n,则饱和电流 l m = ne ,式中e为电子电荷量.
：使光电流减小到零的反向电压
+ + + + + +
一 一 一
加反向电压，如右图所示：
光电子作减速运动。若速率最大的记为vC
则I=0，式中UC为遏止电压
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. 光的频率 改变时，遏止电压也会改变。
实验结论：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。
（1）饱和电流和入射光的强度的关系入射光越强，饱和电流越大。即饱和电流的大小和的强度成正比,也就是单位时间内逸出的光电子数目与入射光的强度成正比。
要点解读： ①光越强,包含的光子数越多,照射金属时产生的光电子就多,因而饱 和电流大; ②入射光的强度,指单位时间照射在金属单位面积上的光子总能量,在入射光频率不变的情况下,光强与光子数成正比; ③单位时间内发射出来的电子数由光强决定。
4.光电效应的实验规律总结
(2)光电子的最大初动能与入射光强度的关系光电子的最大初动能(或遏止电压)与入射光的强度无关,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)光电效应的产生与入射光的频率和光强的关系 ①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产生光电效应; ②频率低于v的入射光,无论光的强度多大照射时间多长都不能使光电子逸出。 入射光强度 入射光频率
发生光电效应时,单位时间内发射出来的光电子数
是否产生光电效应及发生光电效应时光电子的最大初动能
思考与讨论：人们知道，金属中原子外层的电子会脱离原子而做无规则热运动，但在温度不很高时，电子并不能大量逸出金属表面，这是为什么呢？
说明金属表面存在一种力，阻碍电子的逃逸。电子要从金属中挣脱出来，必须获得一些能量，以克服这种阻碍。
1.光电效应与光的电磁理论的矛盾
1）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。
2）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
3）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。
使电子脱离某种金属所做功的最小值叫逸出功.用W0表示，不同金属的逸出功不同.
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，每一份能量子叫做光子，每一个光子的能量为hν.
2）光子的最大初动能与入射光频率有关，与光的强度无关。这就解释了遏止电压和光强无关.
3）电子一次性吸收光子的全部能量，不需要累积能量的时间，光电流几乎是瞬间产生的.
4）对于同种颜色的光，光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大.
5.光子说对光电效应的解释
1）只有hν>W,才有光子逸出。
对某确定的金属，由光子的初动能和光电效应方程
光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫光的散射.
在散射光中，除了与入射波长λ0相同的射线外，还有波长比入射波长λ0更长的射线
散射光是物质内部带电微粒做受迫振荡产生，散射光的频率应该与使带电微粒做受迫振动的入射光频率一致.即入射光与散射光的波长应该一致.
，人们把这种现象叫康普顿效应.
三 康普顿效应和光子的动量
3.光子说对康普顿效应的解释
当光子与静止的电子发射弹性碰撞后，根据动量守恒，光子把一部分能量转移给电子，光子能量由hν 减少为hν ' ，因此频率减小，波长增大.同时光子使电子获得一定的动量.
五 光的波粒二象性
1．光的本性：光子既有粒子的特征，又有波动的特征，即光具有波粒二象性．2．光是一种电磁波 ．3．当光的波长较长时，光在传播过程中波动性明显；当光的波长较短时，光子与粒子相互作用时，粒子性明显．
3、实验规律与经典物理解释的矛盾
4、爱因斯坦对光电效应的解释
2、经典物理解释的困难
3、光子模型对康普顿效应的解释
光具有粒子性，光子具有能量
光具有粒子性，光子具有动量
1. 如图所示为研究光电效应的电路图。开关闭合后，当用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数。下列说法正确的是(　　）A.若只让滑片P向D端移动，则电流表的示数一定增大B.若只增加该单色光的强度，则电流表示数一定增大C.若改用波长小于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则阴极K的逸出功变大D.若改用波长大于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则电流表的示数一定为零
解析：A错：电路所加电压为正向电压，如果电流达到饱和电流，增加电压，电流也不会增大。B对：只增加单色光的强度，相同时间内逸出的光电子数增多，电流增大。C错：金属的逸出功只与阴极的材料有关，与入射光无关。D错：改用波长大于λ0 的光照射，虽然光子的能量变小，但也可能发生光电效应，可能有电流。
2.现用某一光电管进行光电效应实验，当某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是（　　）A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B.保持入射光的光强不变，入射光的频率变高，饱和光电流变大C.保持入射光的光强不变，入射光的频率变低，光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生 
解析：A对：保持入射光的频率不变，饱和光电流与入射光的强度成正比。B错：保持入射光的光强不变，入射光的频率变高，则光子数变少，饱和光电流也减小。C错：根据光电效应的规律，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，所以入射光的频率变低，光电子的最大初动能变小。D错：如果入射光的频率小于截止频率，将不会发生光电效应，不会有光电流产生。提示：①若入射光的频率不变，增大光照强度时，单位时间内光的光子数增多；②若入射光的强度不变，光的频率变高，则单位时间内的光子数变少，但每个光子的能量变大。
3.［多选］在演示光电效应实验的过程中，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，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，则（　　）A.验电器的指针带正电B.验电器的指针带负电C.增大光的强度，逸出的光电子的最大初动能不变D.延长光照时间，逸出的光电子的最大初动能变大
提示：光照射锌板时，锌板中的光电子逸出，锌板带正电。
4.如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极，发现电流表示数不为0。合上开关S，调节滑动变阻器，发现当电压表示数小于0.6 V时，电流表读数仍不为0；当电压表示数大于或等于0.6 V时，电流表示数为0。由此可知阴极材料的逸出功为（　　）A. 1.9 eV　　B. 0.6 eV　　C. 2.6 eV　　D. 3.1 eV
5.科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中（　　）A.能量守恒，动量守恒，且λ=λ′B.能量不守恒，动量不守恒，且λ=λ′C.能量守恒，动量守恒，且λ<λ′D.能量守恒，动量守恒，且λ>λ′