高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应公开课ppt课件

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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？
17世纪明确形成了两大对立学说
19世纪初证明了波动说的正确性
由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风
19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说：光具有粒子性
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），使验电 器张角增大到约为 300时，再用与丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
1.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。
在光电效应中逸出的电子称为光电子
光电子定向移动形成的电流叫光电流 
光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。
光电子在电场作用下形成光电流。
二、光电效应的实验规律
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；入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
②加反向电压，如图所示：
光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子做减速运动。若：
①U = 0 时，I ≠ 0，因为电子有初速度。
则 ：I = 0，式中 Uc 为遏止电压。
③遏止电压 Uc ：使光电流减小到零的反向电压
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。
饱和光电流强度与入射光强度成正比。
光的频率 改变时，遏止电压也会改变。
存在截止频率νc 当入射光的频率减小到某一数值νc时，无论光的强度多大，加上怎样的电压，都不会有光电流。这个临界频率叫做截止频率νc。
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截止频率，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”）。
光电效应在极短的时间内完成
勒纳德等人通过实验得出以下结论：
①对于任何一种金属，都有一个截止频率，入射光的频率必须大于这个截止频率，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截止频率时，入射光越强，饱和电流越大；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10-9秒.
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。
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10S。
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。
三.光电效应解释中的疑难
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。
爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：
四.爱因斯坦的光子假设
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hν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：
影响饱和电流、遏止电压、截止频率的因素1、只要入射光频率超过截止频率，饱和电流的大小只与单位时间内的光子数有关。2、截止频率只与金属的逸出功有关，即只与金属的种类有关。3、遏止电压与入射光频率和逸出功有关。
思考1：同种频率的光射到同种金属上，增强入射光时，饱和电流、遏止电压分别如何变化？答案：饱和电流增大，遏止电压不变。思考2：相同强度（单位时间内的能量）的单色光射到同种金属上，增加入射光的频率时，饱和电流、遏止电压分别如何变化？答案：饱和电流减小，遏止电压增大。
3.光子说对光电效应的解释
（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）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。
（1）爱因斯坦方程表明：
①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.
②只有当hν>W0 时，才有光电子逸出.
爱因斯坦光子假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。
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
例2、关于光子说的基本内容有以下几点，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、光子是爱因斯坦提出的
例3、用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应.现将该单色光的光强减弱，则（ ） A.光电子的最大初动能不变 B.光电子的最大初动能减少 C.单位时间内产生的光电子数减少 D.可能不发生光电效应
3.爱因斯坦光电效应方程及其对实验结论的解释
●入射光越强，单位时间中发射的光电子越多
●光电子的能量只与入射光的频率有关。入射光的频率低于截止频率（极限频率）时不能发生光电效应。
1.某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述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.增大光的强度C.换用波长较短的光照射D.换用频率较低的光照射
2. 光电效应的四条规律中，波动说仅能解释的一条规律是 ( ) A. 入射光的频率必须大于或等于被照金属的极限频率才能产生光电效应 B. 发生光电效应时，光电流的强度与入射光的强度成正比 C. 光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 D. 光电效应发生的时间极短，一般不超过 10⁻⁹ s
3. 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. 光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D. 大量光子产生的效果往往显示粒子性
4．(多选)如下图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，那么(　　 )A．A光的频率大于B光的频率B．B光的频率大于A光的频率C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向bD．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a
5.下列为四种金属的极限频率值：如果某单色光光子的频率为10×1014 Hz，对上述哪种金属不会发生光电效应？(　　) A．铯　　　 　B．钠　　　　 C．锌　　　 　D．银
6.以下对光电效应的解释，正确的是(　　)A.金属内的每个电子可以吸收多个光子，吸收到一定程度便能从金属表面逸出B.金属内的每个电子只能吸收一个光子，故光的强度对能否发生光电效应无关C.用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大D.光电子的动能越大，光电子形成的电流强度就越大
7．用能量为5．0eV的光子照射某金属表面，金属发射光电子的最大初动能为1.5eV,则该金属的逸出功为（ ）
A．1．5eV B．3．5eV
C．5．0eV D．6．5eV
8.频率为ν的光照射某金属材料时，产生光电子的最大初动能为Ek.若改用频率为2ν的光照射同一种金属材料，则所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)(　　)A．2Ek　　　　　　　　　B．Ek＋hνC．Ek－hν D．Ek＋2hν
9.一束黄光照射某金属表面时，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
遏止电压-入射光频率：Uc-ν图像思考1：截距和斜率的物理意义分别是什么？思考2：如果将两种不同金属的Uc-ν曲线画在同一张图像中，会是怎样的？
练习：由密立根实验(Uc和v的关系)计算普朗克常量
对于一定金属，逸出功W0是确定的，电子电荷量e和普朗克常量h都是常量。
所以遏止电压UC与光的频率ν之间是线性关系
遏止电压Uc与光电子的最大初动能Ek有关
Ek越大， Uc越高；Uc为零，Ek为零，即没有光电子
所以与遏止电压Uc=0对应的频率应该是截止频率νc
根据数据作Uc—ν图象即可求得
遏止电压Uc=0对应的频率就是截止频率νc
1. 在演示光电效应的实验中，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，验电器的指针就张开一个角度，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
3.如图所示为研究光电效应现象的实验原理图。已知光电管阴极材料的极限频率为ν0，现用频率为ν(ν>ν0)的单色光照射光电管，发现滑动变阻器的滑片P处于图示位置时，灵敏电流计的示数为零，下列说法正确的是(　　)A.灵敏电流计的示数为零，是因为没有发生光电效应B.若不断向左移动滑片P，则灵敏电流计一定会有示数C.若不断向右移动滑片P，则灵敏电流计一定会有示数D.仅不断增大入射光的光照强度，灵敏电流计一定会有示数