人教版高中物理選修性必修第三冊(cè)4.4《光電效應(yīng)》課件

1、光電效應(yīng)新知導(dǎo)入新知導(dǎo)入鋅板在照射下失去電子而帶正電鋅板在照射下失去電子而帶正電 當(dāng)光照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，當(dāng)光照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱(chēng)為稱(chēng)為光電效應(yīng)光電效應(yīng)。 逸出的電子稱(chēng)為逸出的電子稱(chēng)為光電子光電子。新知講解新知講解一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律新知講解新知講解一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 當(dāng)入射光頻率減小到某一數(shù)值c 時(shí)，A、K極板間不加反向電壓，電流也為0。此時(shí)的光的頻率c即為截止頻率！1.1.截止頻率截止頻率理解：理解：1.金屬要發(fā)生光電效應(yīng)與入射光強(qiáng)強(qiáng)弱無(wú)關(guān)弱無(wú)關(guān)，只與頻率有關(guān)頻率有關(guān)。2.入射光頻率低于截止頻率

2、低于截止頻率時(shí)，不光光照多強(qiáng)，金屬都不會(huì)發(fā)生光電不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)效應(yīng)！不同金屬的截止頻率不同。不同金屬的截止頻率不同。截止頻率與金屬自身的性截止頻率與金屬自身的性質(zhì)有關(guān)。質(zhì)有關(guān)。新知講解新知講解一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 光照不變，增大UAK，G表中電流達(dá)到某一值后不再增大，即達(dá)到飽和值。2.2.飽和電流飽和電流理解：頻率不變，入射光越強(qiáng)越強(qiáng)，飽和電流越大飽和電流越大，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。新知講解新知講解一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 當(dāng)K、A間加反向電壓，光電子克服電場(chǎng)力作功，當(dāng)電壓達(dá)到某一值Uc時(shí)，光電流恰為0。Uc稱(chēng)截止電壓。3.3.截止電壓截止

3、電壓理解：光電子克服電場(chǎng)力做功，到達(dá)A極板時(shí)速度剛好為零。同一種金屬，截止電壓只與光的頻同一種金屬，截止電壓只與光的頻率有關(guān)。率有關(guān)。光電子的最大初動(dòng)能只與入射光的光電子的最大初動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān)，入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。頻率有關(guān)，入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。新知講解新知講解一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 即使入射光的強(qiáng)度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉(zhuǎn)立即偏轉(zhuǎn)。4.4.光電效應(yīng)具有瞬時(shí)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性性 更精確的研究推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過(guò)的時(shí)間不超過(guò)10-9秒（這個(gè)現(xiàn)象一般稱(chēng)作“光電子的瞬時(shí)發(fā)

4、射”）。新知講解新知講解一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 1.對(duì)于任何一種金屬，都有一個(gè)極限頻率極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)頻率就不能發(fā)生光電效應(yīng)； 2.當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，入射光越強(qiáng)越強(qiáng)，飽飽和電流越大和電流越大； 3.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大； 4.入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10-9秒。總結(jié)：總結(jié)：新知講解新知講解二、光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難二、光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難逸出功逸出功W0：使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種

5、金屬的逸出功。幾種金屬的截止頻率和逸出功幾種金屬的截止頻率和逸出功新知講解新知講解二、光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難二、光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難p 光越強(qiáng)，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。p 不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可以獲得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率。p 光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能應(yīng)該越大，所以截止電壓Uc 應(yīng)該與光的強(qiáng)弱有關(guān)。p 如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需要幾分鐘到十幾分鐘的時(shí)間才能獲得逸出表面所需的能量。無(wú)法用經(jīng)典的波動(dòng)理論來(lái)解釋光電效無(wú)法用經(jīng)典的波動(dòng)理論來(lái)解釋光電效應(yīng)。應(yīng)。逸出功逸出功W0：使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功。新知講解新知

6、講解三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論 1.1.光子：光子： 光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為的光的能量子為h。這些能量子后來(lái)被稱(chēng)為光子光子。 2. 2.愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程或光電子最大初動(dòng)能光電子最大初動(dòng)能 一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量h后，一部分能量用來(lái)克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能Ek，即：金屬的逸出功金屬的逸出功 新知講解新知講解三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論 4.4.光電效應(yīng)理論的驗(yàn)證光電效應(yīng)理論的驗(yàn)證新知講解新知講解四、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量四、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量 1.1.光的散

7、射光的散射 光束通過(guò)某些介質(zhì)時(shí)，可以看到光的散射現(xiàn)象。 2. 2.康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) 1923年康普頓在做X射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線(xiàn)中除有與入射線(xiàn)波長(zhǎng)相同的射線(xiàn)外，還有比入射線(xiàn)波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線(xiàn)，其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線(xiàn)波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。這種波長(zhǎng)改變的散射稱(chēng)為康普頓效應(yīng)。 經(jīng)典理論無(wú)法解釋康普頓效應(yīng)。經(jīng)典理論無(wú)法解釋康普頓效應(yīng)。 經(jīng)典理論認(rèn)為：物質(zhì)中的電子會(huì)隨入射光以相同的頻率振動(dòng)，并向外輻射，即散射光的頻率與入射光頻率相等。而無(wú)法解釋有存在的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。X-ray新知講解新知講解四、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量四、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量 3.3.康普頓效應(yīng)的光量子理論康普

8、頓效應(yīng)的光量子理論解釋解釋 （1）若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)。 （2）若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論， 碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。 （3）因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。新知講解新知講解四、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量四、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量 4.4.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義 （1）有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子光量子”假設(shè)。 （2）首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量光子具有動(dòng)量”的假設(shè)。 （3）證實(shí)

9、了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的能量守恒定律仍然是成立的。 康普頓的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直康普頓的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于認(rèn)為散射光頻率的改變是由于“混進(jìn)來(lái)了某種熒光輻射混進(jìn)來(lái)了某種熒光輻射”；在計(jì)算中；在計(jì)算中起先只考慮能量守恒，后來(lái)才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng)量守恒。起先只考慮能量守恒，后來(lái)才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng)量守恒?？灯疹D于康普頓于19271927年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。新知講解新知講解五、光的波粒二象性五、光的波粒二象性 光具有波動(dòng)性，又有粒子性，即波粒

10、二象光具有波動(dòng)性，又有粒子性，即波粒二象性。性。 光在傳播過(guò)程中表現(xiàn)出波動(dòng)性，如干涉、衍射、偏振現(xiàn)象。 光在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)表現(xiàn)出粒子性，如光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)。 光子光子能量：能量： 光子光子動(dòng)量：動(dòng)量： 關(guān)于光的本性問(wèn)題，我們不應(yīng)該在微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)之關(guān)于光的本性問(wèn)題，我們不應(yīng)該在微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)之間進(jìn)行取舍，而應(yīng)該把它們看作是光的本性的兩種不同側(cè)間進(jìn)行取舍，而應(yīng)該把它們看作是光的本性的兩種不同側(cè)面的描述。面的描述。粒子性粒子性波動(dòng)性波動(dòng)性課堂練習(xí)課堂練習(xí)1在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針就張開(kāi)一個(gè)角度，如圖所示，這時(shí)（ ）A鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B鋅板帶正電，指針帶正電C鋅板帶負(fù)電，指針帶正電D鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電B課堂練習(xí)課堂練習(xí)2一束黃光照射某金屬表面時(shí)，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下列措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是（ ）A延長(zhǎng)光照時(shí)間B增大光束的強(qiáng)度C換用紅光照射D換用紫光照射D課堂練習(xí)課堂練習(xí)3關(guān)于光子說(shuō)的基本內(nèi)容有以下幾點(diǎn)，不正確的是（ ）A在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫一個(gè)光子B光是具有質(zhì)量、能量和體積的物質(zhì)微粒子C光子的能量跟它的頻率成正比