光電效應(yīng) 高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

第二節(jié)

光電效應(yīng)第一課時

光電效應(yīng)實驗規(guī)律與經(jīng)典解釋中的疑難問題與思考：問題一：分析上述現(xiàn)象產(chǎn)生的可能原因？光電效應(yīng)：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子逸出的現(xiàn)象。逸出的電子稱之為光電子問題二：如果原來鋅板原來不帶電，用紫外線照射，是否能夠發(fā)生類似的現(xiàn)象？問題三：若是能發(fā)生光電效應(yīng)，鋅板帶什么電？電子逸出的過程中，驗電器的張角會不會一直增大？光電效應(yīng)的實驗規(guī)律：光電效應(yīng)的研究史：1.最早發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)：1887年赫茲在研究電磁波實驗中發(fā)現(xiàn)受到光照的接收電路間隙更容易產(chǎn)生電火花；2.德國物理學(xué)家勒納德、英國物理學(xué)家J.J.湯姆孫相繼通過實驗證實光電效應(yīng)。3.1905年，愛因斯坦發(fā)表論文《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個試探性觀點》解釋了光電效應(yīng)，并因此獲得1921年的諾貝爾物理學(xué)獎光電效應(yīng)的實驗規(guī)律：實驗優(yōu)化：問題：閉合開關(guān)后，A板、B板的極性？電流表中是否有電流？陰極（-）陽極（+）問題：閉合開關(guān)后，用光照射陰極K，如果有光電子逸出，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？功能：通過電流表的示數(shù)判斷是否發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，該電流稱之為光電流實驗：換用不同頻率的光照射陰極K，觀察實驗現(xiàn)象現(xiàn)象：當(dāng)入射光的頻率小于某一數(shù)值νc時，光電流消失結(jié)論：金屬發(fā)生光電效應(yīng)存在截止頻率（νc）或稱之為極限頻率，不同金屬的截止頻率不同，與金屬本身的性質(zhì)有關(guān)。光電效應(yīng)的實驗規(guī)律：實驗優(yōu)化：問題：保持光照條件不變，增大AK兩板間電壓，可能發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？功能：通過光電流的大小可以判斷單位時間從K板逸出到達(dá)A板的光電子數(shù)量。結(jié)論：在一定的光照條件下，單位時間逸出的光電子數(shù)是一定的，當(dāng)電壓達(dá)到一定值時，所有的光電子都被陽極A吸收，此時電路中達(dá)到最大電流，稱之為飽和電流（Im）?，F(xiàn)象：隨著電壓增大，光電流先增大，增大至一定值后趨于穩(wěn)定，達(dá)到飽和值。功能：通過飽和電流的大小可以判斷單位時間內(nèi)逸出的光電子總數(shù)。結(jié)論：對于一定頻率的光，入射光強(qiáng)度越大，單位時間逸出的光電子數(shù)越多。光電效應(yīng)的實驗規(guī)律：實驗優(yōu)化：問題：若將電源反向，調(diào)節(jié)電壓大小，可能發(fā)生什么現(xiàn)象？結(jié)論：電路中存在遏止電壓，調(diào)節(jié)電壓大小，使光電流減小到0的的反向電壓稱之為遏止電壓（Uc）問題：遏止電壓的存在說明什么問題？通過遏止電壓可求解什么？問題：上式中的速度與動能分別指什么？功能：通過遏止電壓可以計算光電子逸出時的最大初動能實驗：改變光照強(qiáng)度、入射光頻率、金屬種類分別進(jìn)行實驗現(xiàn)象三：僅改變光照強(qiáng)度，遏止電壓始終相同，改變光的頻率以及金屬種類，遏止電壓會發(fā)生變化。光電效應(yīng)的實驗規(guī)律：實驗優(yōu)化：現(xiàn)象三：僅改變光照強(qiáng)度，遏止電壓始終相同，改變光的頻率以及金屬種類，遏止電壓會發(fā)生變化。結(jié)論：對于同一種金屬，逸出的光電子最大初動能只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)。規(guī)律總結(jié)：整理上述實驗過程，分析電路中光電流隨電壓變化的規(guī)律，并定性畫出某一固定色光照射金屬板，光電效應(yīng)現(xiàn)象中光電流隨兩板間電壓變化的圖象。UIOImUc藍(lán)光思考：若換用黃光進(jìn)行實驗，圖線會有什么變化？黃光思考：若改變光照強(qiáng)度，圖線會有什么變化？Uc′黃光（強(qiáng)）光電效應(yīng)的實驗規(guī)律：實驗優(yōu)化：規(guī)律總結(jié)：整在上述實驗中，若是入射光頻率超過截止頻率（ν0）時，無論入射光怎樣微弱，光照射到金屬時會立即產(chǎn)生光電流（t<10-9s），若入射光不滿足條件，無論照射多長時間均不能產(chǎn)生光電流，即光電效應(yīng)具有瞬時性。光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難：結(jié)論：金屬表面層存在一種力阻礙電子的逃逸，電子要從金屬中掙脫出來，必須獲得一定能量以克服這種阻礙。要使電子脫離某種金屬，需要外界對它做功的最小值叫做這種金屬的逸出功（W0）包含但不僅限于庫侖力最小值的意義表現(xiàn)在哪？光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難：經(jīng)典電磁理論不能解釋的幾個實驗現(xiàn)象：1.光電效應(yīng)存在截止頻率（ν0）2.光電效應(yīng)存在遏止電壓，即逸出的光電子具有最大初動能3.光電效應(yīng)具有瞬時性經(jīng)典電磁理論能夠解釋的幾個實驗現(xiàn)象：

光照射金屬表面，電子吸收光的能量，吸收的能量超過逸出功，電子從金屬表面逸出，光照強(qiáng)度越大，逸出的電子數(shù)越多，光電流越大。第二節(jié)

光電效應(yīng)第二課時

光的粒子性愛因斯坦光電效應(yīng)理論：普朗克（能量子）：假定組成黑體的振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能

量值ε的整數(shù)倍。這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子愛因斯坦（光子說）：假定電磁波本身的能量也是不連續(xù)的，即認(rèn)為

光本身就是由一個個不可分割的能量子組成，

頻率為ν的光得到能量子為hν，稱之為光子基于愛因斯坦光子說對光電效應(yīng)的解釋：+-ε光子能量：ε=hν

逸出功：W0

初動能：Ek

思考：為什么不考慮電子逸出前的初始能量？愛因斯坦光電效應(yīng)理論：愛因斯坦光電效應(yīng)方程：逸出功（W0）：要使電子脫離金屬，外界對其做功的最小值。最大初動能（Ek）思考：用某一頻率的光照射金屬，能夠發(fā)生光電效應(yīng)，逸出的電子初動能是一個確定值嗎？思考：用不同頻率的光照射金屬，能夠發(fā)生光電效應(yīng)，頻率大的光照射金屬逸出的電子初動

能一定越大嗎？思考：方程中只取了一個光子的能量，電子有沒有可能同時吸收多個光子能量而獲得更大的

逸出初動能？利用愛因斯坦光電效應(yīng)理論解釋光電效應(yīng)：1.滿足一定條件的光照射金屬能夠發(fā)生光電效應(yīng)嘗試?yán)脨垡蛩固构怆娦?yīng)理論解釋以下實驗現(xiàn)象：2.飽和電流Im隨著光照強(qiáng)度增大而增大3.光電效應(yīng)現(xiàn)象中存在截止頻率（ν0）4.光電效應(yīng)現(xiàn)象中遏止電壓（Uc）與入射光的頻率有關(guān)，而與光照強(qiáng)度無關(guān)5.光電效應(yīng)現(xiàn)象具有瞬時性光電效應(yīng)概念梳理：概念與規(guī)律物理意義決定因素相互關(guān)系截止頻率（νc）能夠使金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率逸

出

功（W0）要使電子脫離某種金屬，需要外界對它做功的最小值由金屬本身特性決定飽和電流（Im）反應(yīng)單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與光照強(qiáng)度有關(guān)n為單位時間逸出的光電子數(shù)遏止電壓（Uc）分析光電子逸出的最大初動能由入射光頻率及金屬逸出功決定愛因斯坦光電效應(yīng)方程變式強(qiáng)化練習(xí)：例：鋁的逸出功是4.2eV，現(xiàn)在將波長為200nm的光照射鋁的表面。

（1）求光電子的最大初動能。

（2）求遏止電壓。

（3）求鋁的截止頻率。普朗克常量的測定：斜率：意義：1907年起，美國物理學(xué)家密立根以精湛的技術(shù)測量金屬的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的h進(jìn)行比較，兩者的誤差范圍小于0.5%，為愛因斯坦光電效應(yīng)理論提供了直接的實驗證據(jù)?？灯疹D效應(yīng)與光子的動量：康普頓（美國物理學(xué)家）：1918~1922年研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有大于λ0的成分。吳有訓(xùn)（中國留學(xué)生）：測試了多種物質(zhì)對X射線的散射現(xiàn)象，證實了康普頓效應(yīng)的普遍性。實驗現(xiàn)象：康普頓效應(yīng)與光子的動量：◆基于經(jīng)典電磁理論的解釋理論解釋：◆康普頓基于光子假說的解釋光子不僅具有能