教科版高中物理选修3-5：《光电效应与光的量子说》课件2-新版.ppt

1、1了解光电效应的三个实验现象：极限频率、瞬时性、电子最大了解光电效应的三个实验现象：极限频率、瞬时性、电子最大初动能初动能2知道光电效应现象与光的电磁理论的矛盾知道光电效应现象与光的电磁理论的矛盾3理解光子说及其对光电效应的解释理解光子说及其对光电效应的解释4理解爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单问题理解爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单问题一、光电效应的实验规律一、光电效应的实验规律光电效应光电效应在在 的照射下物体发射的照射下物体发射的现象，叫做光电效应，发射的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做出来的电子叫做实质：光现象实质：光现象 为电现象为电现象光光电子电子光电子光电子转化转化

2、实验规律实验规律实实验规律之一：在光照条件不变的情况下，随着所加电压增大，验规律之一：在光照条件不变的情况下，随着所加电压增大，光电流趋于一个光电流趋于一个 ，也就是说，在电流较小时，电流随着，也就是说，在电流较小时，电流随着电压的增大而电压的增大而 ；但当电流增大到一定值之后，即使电压；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会增大了再增大，电流也不会增大了(如图如图4-2-1所示所示)图图4-2-1饱和值饱和值增大增大实验规律之二：对光电管加反向电压，光电流可以减小到零，使实验规律之二：对光电管加反向电压，光电流可以减小到零，使光电流恰好减小为零的光电流恰好减小为零的称为遏止电压

3、不同频率称为遏止电压不同频率的光照射金属产生光电效应，遏止电压是的光照射金属产生光电效应，遏止电压是 实验规律之三：使金属恰好产生光电效应的光的频率称为实验规律之三：使金属恰好产生光电效应的光的频率称为 或极限频率，当入射光的频率或极限频率，当入射光的频率截止频率截止频率时，无论入射光怎样微弱，立刻就能产生光电效应时，无论入射光怎样微弱，立刻就能产生光电效应反向电压反向电压不同的不同的截止频率截止频率大于大于二、光电效应解释中的疑难二、光电效应解释中的疑难使使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的 无法解释波长改变量和散射角的关系无法解释波

4、长改变量和散射角的关系三、光电效应方程三、光电效应方程光子说光子说爱因爱因斯坦于斯坦于1905年提出，在空间传播的光不是年提出，在空间传播的光不是 的，的，而是一份一份的，每一份叫做一个而是一份一份的，每一份叫做一个，简称光子，光，简称光子，光子的能量子的能量.逸出功逸出功连续连续光量子光量子h逸出功逸出功动能动能一、光电效应规律的理解一、光电效应规律的理解光电效应规律光电效应规律(1)任何任何一种金属都有一个截止频率或极限频率一种金属都有一个截止频率或极限频率0，入射光的频，入射光的频率必须大于率必须大于0才能发生光电效应才能发生光电效应(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光

5、频率光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大的增大而增大(3)光电效应的发生是瞬时的，不超过光电效应的发生是瞬时的，不超过109 s.(4)发生光电效应时，入射光越强，饱和光电流越大，逸出的光发生光电效应时，入射光越强，饱和光电流越大，逸出的光电子数越多，逸出电子的数目与入射光的强度成正比电子数越多，逸出电子的数目与入射光的强度成正比对光电效应的理解对光电效应的理解(1)入射光入射光的强度：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光子的总能量，是由入射光子数和入射光子的频率决

6、定的可用用Pnh表示，其中表示，其中n为单位时间内的光子数为单位时间内的光子数(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，形成的光电流不同电子数不同，形成的光电流不同(4)饱和光电流：指光电流的最大值饱和光电流：指光电流的最大值(即饱和值即

7、饱和值)，在光电流未达到，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，所以光电流的大小最大值之前，因光电子尚未全部形成光电流，所以光电流的大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，电压不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，电压越大，被吸引变成光电流的光电子越多越大，被吸引变成光电流的光电子越多(5)饱和光电流与入射光的强度成正比：在入射光频率不变的情况饱和光电流与入射光的强度成正比：在入射光频率不变的情况下，光电流的最大值与入射光的强度成正比原因是在高电压下下，光电流的最大值与入射光的强度成正比原因是在高电压下光电子个数决定了光电流大小，而电子个数决定于入

8、射光强光电子个数决定了光电流大小，而电子个数决定于入射光强度度“频率高，光子能量大，光就强，产生的光电流也强频率高，光子能量大，光就强，产生的光电流也强”、“光电子的初动能大，电子跑得快，光电流就强光电子的初动能大，电子跑得快，光电流就强”等说法均是错等说法均是错误的误的二、爱因斯坦是如何解释光电效应的？二、爱因斯坦是如何解释光电效应的？饱和光电流与光强关系饱和光电流与光强关系光越强光越强，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和光电流越大，所以，入射光频率一定时，饱和光电流因而饱和光电流越大，所以，入射光频率一定时，饱和光电流与光强

9、成正比与光强成正比【典例典例1】入射入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射 光光的强度减弱，而频率保持不变，那么的强度减弱，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增加显增加B逸出的光电子的最大初动能将减小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小单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小D有可能不发生光电效应有可能不发生光电效应光电效应实验规律光电效应实验规律 解析：解析：根据光电效应的实验规律知，从光照至金属表面到光电子根据光

10、电效应的实验规律知，从光照至金属表面到光电子发射的时间间隔极短，这与光的强度无关，故发射的时间间隔极短，这与光的强度无关，故A错误实验规律错误实验规律还指出，逸出光电子的最大初动能与入射光频率有关，光电流与还指出，逸出光电子的最大初动能与入射光频率有关，光电流与入射光强度成正比，由此可知，入射光强度成正比，由此可知，B、D错误，错误，C正确正确答案答案C【变式变式1】在演示光电效应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，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，如图如图4

11、-2-2所示，这时所示，这时 ()A锌板带正电，指针带负电锌板带正电，指针带负电B锌板带正电，指针带正电锌板带正电，指针带正电C锌板带负电，指针带正电锌板带负电，指针带正电D锌板带负电，指针带负电锌板带负电，指针带负电图图4-2-2解析解析锌板原来不带电，后来验电器的指针发生了偏转，说明锌锌板原来不带电，后来验电器的指针发生了偏转，说明锌板在弧光灯的照射下发生了光电效应，发生光电效应时，锌板向板在弧光灯的照射下发生了光电效应，发生光电效应时，锌板向空气中发射电子，所以锌板带正电，验电器的指针亦带正电，故空气中发射电子，所以锌板带正电，验电器的指针亦带正电，故选选B项项答案答案B【典例典例2】利

12、用光子利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是说对光电效应的解释，下列说法正确的是()A金属表面的一个电子只能吸收一个光子金属表面的一个电子只能吸收一个光子B电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子C金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出能从金属表面逸出D无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子能逸出成为光电子理解光子说及其对光电效应的解释理解光子说及其对光电效应的解释 解析解析

13、根据光子说，金属中的一个电子一次只能吸收一个光子，根据光子说，金属中的一个电子一次只能吸收一个光子，若所吸收的光子频率大于金属的极限频率，电子才能逃离金属表若所吸收的光子频率大于金属的极限频率，电子才能逃离金属表面，成为光电子，且光子的吸收是瞬时的，不需时间的积累，故面，成为光电子，且光子的吸收是瞬时的，不需时间的积累，故选项选项A正确正确答案答案A【变式变式2】关于关于光子和光电子，以下说法正确的是光子和光电子，以下说法正确的是 ()A光子就是光电子光子就是光电子B光电子是金属中电子吸收光子后飞离金属表面产生的光电子是金属中电子吸收光子后飞离金属表面产生的C真空中光子和光电子速度都是真空中光

14、子和光电子速度都是cD光子和光电子都带负电光子和光电子都带负电解析解析光电子是金属中电子吸收光子后飞离金属表面产生的，光电子是金属中电子吸收光子后飞离金属表面产生的，所以光电子带负电，而光子不带电，所以选项所以光电子带负电，而光子不带电，所以选项A、D错误，错误，B正正确光电子属于电子，所以其速度不等于光速，故选项确光电子属于电子，所以其速度不等于光速，故选项C错错误误答案答案B密立根违背初衷密立根违背初衷 密密立根对电荷测量和光电效应的研究使他获得了诺贝尔奖，立根对电荷测量和光电效应的研究使他获得了诺贝尔奖，但他研究的初衷不是去证明爱因斯坦的光电效应公式，而是要推但他研究的初衷不是去证明爱因

15、斯坦的光电效应公式，而是要推翻爱因斯坦的公式密立根反对光量子的假设是因为它违背了人翻爱因斯坦的公式密立根反对光量子的假设是因为它违背了人们关于光的干涉现象的全部知识和波动理论的实验基础尽管他们关于光的干涉现象的全部知识和波动理论的实验基础尽管他的实验已经验证了爱因斯坦的公式，他仍然认为这个公式依据的的实验已经验证了爱因斯坦的公式，他仍然认为这个公式依据的物理学理论被证明是完全站不住脚的物理学理论被证明是完全站不住脚的密立根关于这些实验的论文密立根关于这些实验的论文(1916)是相当奇特的尽管他承是相当奇特的尽管他承认认“在每一个场合在每一个场合”，爱因斯坦的，爱因斯坦的“光电效应公式光电效应公式”均能够均能够“精精确地预言实验的观测结果确地预言实验的观测结果”，但他又称，爱因斯坦的，但他又称，爱因斯坦的“电磁光细电磁光细胞假说胞假说”是是“大胆的大胆的”，实际上，实际上“也是粗糙的也是粗糙的”可是在事实面前，密立根还是以科学工作者实事求是的态度，可是在事实面前，密立根还是以科学工作者实事求是的态度，承认了光电效应方程，他也因此承认了光电效应方程，他也因此(还有油滴实验还有油滴实验)获得了诺贝尔奖获得了诺贝尔奖