人教版高中物理选修3-5课件：17.2.1 光的粒子性.ppt

1、 1. 通过实验了解光电效应的实验规律。通过实验了解光电效应的实验规律。 2. 知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。 3. 了解康普顿效应，了解光子的动量。了解康普顿效应，了解光子的动量。 首先提出光是什么首先提出光是什么，让学生进行发散讨论让学生进行发散讨论，引入新课内容光的粒子引入新课内容光的粒子 性性。通过光电效应实验通过光电效应实验，得出光电效应的概念得出光电效应的概念，接着通过视频接着通过视频，观察光观察光 电效应实验的规律电效应实验的规律，和学生共同总结出光电效应实验的三条规律和学生共同总结出光电效应实验的三条规律。又通又通 过过“无法用经典的波动理

2、论来解释光电效应无法用经典的波动理论来解释光电效应”，提出三个结论都与实验提出三个结论都与实验 结果相矛盾的问题结果相矛盾的问题，引出爱因斯坦的光电效应方程引出爱因斯坦的光电效应方程。最后通过光电效应最后通过光电效应 理论的验证的介绍理论的验证的介绍，验证了爱因斯坦的光电效应方程理论的正确性验证了爱因斯坦的光电效应方程理论的正确性，并并 且补充了光电效应在近代技术中的应用且补充了光电效应在近代技术中的应用。 在光电效应的实验中在光电效应的实验中，利用视频演示了锌板在紫外光和白炽灯照射利用视频演示了锌板在紫外光和白炽灯照射 下发生的现象下发生的现象，使学生产生了浓厚的学习兴趣使学生产生了浓厚的学

3、习兴趣。并通过展示原理图并通过展示原理图，让让 学生了解光电效应实验的原理和规律学生了解光电效应实验的原理和规律。在介绍爱因斯坦的光电效应方程在介绍爱因斯坦的光电效应方程 理论的时候理论的时候，可以结合学生以往对功能关系的学习可以结合学生以往对功能关系的学习，进而得出矛盾的观进而得出矛盾的观 点点，引出光电效应理论的验证引出光电效应理论的验证，并通过光控继电器和光电倍增管的例子并通过光控继电器和光电倍增管的例子， 说明光电效应在近代技术中的应用说明光电效应在近代技术中的应用，使学生能结合生活生产活动使学生能结合生活生产活动，联系联系 物理的理论学习物理的理论学习。 太阳能是比较环保又很经济的能

4、源，利用太阳能电板可太阳能是比较环保又很经济的能源，利用太阳能电板可 以将太阳光转化成电能储存起来，充当电源。那么光是什么以将太阳光转化成电能储存起来，充当电源。那么光是什么 呢，那么本节课我们就一起来学习。呢，那么本节课我们就一起来学习。 把一块锌板连接在验电器上，用紫外线照射把一块锌板连接在验电器上，用紫外线照射 锌板，观察验电器指针的变化。锌板，观察验电器指针的变化。 光电效应光电效应 使验电器张角增大到约为使验电器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过度时，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。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

5、照射下失去电子而带正电表明锌板在射线照射下失去电子而带正电! ! 定义：定义：当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出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。的现象，称为光电效应。 逸出的电子称为逸出的电子称为光电子光电子。 光电子定向移动形成的电流叫光电流。 18871887年，赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接年，赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接 收电路的间隙如果受到光照就更容易产生电火花。这就收电路的间隙如果受到光照就更容易产生电火花。这就 是最早的光电效应。是最早的光电效应。 后来经过汤姆逊等多名科学家的实验研究，证实了后来经过汤姆逊等多名科学家的实验研究

6、，证实了 这个现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子这个现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子 从表面逸出，这个现象就叫从表面逸出，这个现象就叫光电效应光电效应。 光电效应规律光电效应规律 1. 存在饱和电流 光照不变，增大光照不变，增大 UAK，G 表表 中电流达到某一值后不再增大，中电流达到某一值后不再增大， 即达到饱和值。即达到饱和值。 因为光照条件一定时，因为光照条件一定时，K 发发 射的电子数目一定。射的电子数目一定。 实验表明：入射光越强，饱和入射光越强，饱和 电流越大，单位时间内发射的光电电流越大，单位时间内发射的光电 子数越多。子数越多。 AK 阳极阳极 阴极阴极

7、V G v 加反向电压，如图所示：加反向电压，如图所示： 光电子所受电场力方向与光电子光电子所受电场力方向与光电子 速度方向相反，光电子做减速运速度方向相反，光电子做减速运 动。若动。若 U = 0 时，时，I 0，因为电子有初速度。，因为电子有初速度。 则则 I = 0，式，式中中 Uc 为为遏止遏止电压电压。 2. 存在遏止电压和截止频率 遏止电压 Uc ：使光电流减小到零的反向电压 E E U F K A 2 ecc 1 2 m veU 速率最大的是速率最大的是 vc 最大初动能最大初动能 I Is1 Uc1 O U 黄光黄光( (强强) ) 黄光黄光( (弱弱) ) 遏遏 止止 电电

8、压压 饱饱 和和 电电 流流 蓝光蓝光 Uc2 Is2 Is3 实验表明：对于一定颜色对于一定颜色(频率频率)的光的光, 无论光的强弱如何，无论光的强弱如何， 遏止电压是一样的。光的频率遏止电压是一样的。光的频率 改变时，改变时，遏止电压也会改变。遏止电压也会改变。 光电子的光电子的最大初动能最大初动能只与只与入射光的频率有关入射光的频率有关，与入射光的强，与入射光的强 弱无关。弱无关。 2 ecc 1 2 m veU 截止频率：对于每种金属，都有相应确定的截止频率：对于每种金属，都有相应确定的截止频率 c 。 当入射光频率当入射光频率 c 时，电子才能逸出金属表面；时，电子才能逸出金属表面；

9、 当入射光频率当入射光频率 W0 时，才有光时，才有光 电子逸出，电子逸出，vc= W0 /h 就是光电效应的截止频率就是光电效应的截止频率 。 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，结果在效应”实验，结果在 1915 年证实了爱因斯坦方程，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”理的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理 论的正确。论的正确。 。 放大器放大器 控制机构控制机构 1. 光控继电器 可对微弱光线进行放大，可对微弱光线进行放大， 可使光电流放大可使光电流放大

10、105 108 倍，倍， 灵敏度高，用在工程、天文、灵敏度高，用在工程、天文、 科研、军事等方面。科研、军事等方面。 2. 光电倍增管 K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K A 1. 光电效应现象光电效应现象 2. 光电效应实验规律光电效应实验规律 4. 爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程 3. 光电效应解释中的疑难光电效应解释中的疑难 5. 光电效应在近代技术中的应用光电效应在近代技术中的应用 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验电器相连，用弧光灯照射

11、锌板时，验电器的指针就张开一 个角度，如图所示，这时个角度，如图所示，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 B 2. 一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则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. 延长光照时间延长光照时间 B. 增大光束的强度增大光束的强度 C. 换用红光照射换用红光照射 D. 换用紫光照射换

12、用紫光照射 D 3. 根据图所示研究光电效应的根据图所示研究光电效应的 电路，利用能够产生光电效应电路，利用能够产生光电效应 的两种（或多种）已知频率的的两种（或多种）已知频率的 光来进行实验，怎样测出普朗光来进行实验，怎样测出普朗 克常量？根据实验现象说明实克常量？根据实验现象说明实 验步骤和应该测量的物理量，验步骤和应该测量的物理量， 写出根据本实验计算普朗克常写出根据本实验计算普朗克常 量的关系式。量的关系式。 101 eUWh 202 eUWh 解：当入射光频率分别为解：当入射光频率分别为 1、2 时，测出遏止电压时，测出遏止电压 U1、U2， 由爱因斯坦光电效应方程可得由爱因斯坦光电

13、效应方程可得 联立上两式，解得联立上两式，解得 e UU h 21 21 其中其中 e 为电子的电量，测出为电子的电量，测出 U1与与 U2就可测出普朗克常量就可测出普朗克常量 实验步骤：实验步骤： (1) 将图中电路图的电源正负对调，滑动变阻器滑动触头滑将图中电路图的电源正负对调，滑动变阻器滑动触头滑 至最左边，用频率为至最左边，用频率为 1 的光照射，此时电流表中有电流的光照射，此时电流表中有电流; 将滑动变阻器滑动触头缓慢右滑，同时观察电流表，当将滑动变阻器滑动触头缓慢右滑，同时观察电流表，当 电流表示数为零时，停止滑动。记下伏特表的示数电流表示数为零时，停止滑动。记下伏特表的示数U1 。 (2) 用频率为用频率为 2的光照射，重复的光照射，重复(1)的操作，记下伏特表的的操作，记下伏特表的 示数示数U2。 (4) 多次测量取平均值。多次测量取平均值。 (3) 应用应用 计算计算 h。 e UU h 21 21