光電效應(yīng)課件

第四章

原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性4.2光電效應(yīng)1.“測(cè)溫槍”（學(xué)名“紅外線輻射測(cè)溫儀”）具有響應(yīng)快、非接觸和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設(shè)計(jì)出來(lái)的，能將接收到的人體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示。若人體溫度升高，則人體熱輻射強(qiáng)度及其極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的變化情況是（）A．強(qiáng)度增大，波長(zhǎng)增大 B．強(qiáng)度增大，波長(zhǎng)減小C．強(qiáng)度減小，波長(zhǎng)增大 D．強(qiáng)度減小，波長(zhǎng)減小【復(fù)習(xí)】【解析】：隨著溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，所以人體熱輻射的強(qiáng)度增大；隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的峰值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，所以減小。故選B。B高壓感應(yīng)圈捕捉電磁波的人——赫茲在麥克斯韋去世7年后的1886年，他的學(xué)生赫茲首次在實(shí)驗(yàn)室中完成了電磁波的發(fā)射和接收實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中還意外的發(fā)現(xiàn)接收電路的間隙如果受到光照，則更容易產(chǎn)生電火花。赫茲1857－1894做個(gè)細(xì)心的人意外驚喜

把一塊鋅板連接在驗(yàn)電器上，開(kāi)始時(shí)鋅板帶負(fù)電，驗(yàn)電器指針張開(kāi)，用紫外線燈照射鋅板，觀察到什么現(xiàn)象？表明紫外線會(huì)讓鋅板失去電子驗(yàn)電器指針張角變小。為什么？一、光電效應(yīng)現(xiàn)象（2）光電子：逸出的電子稱(chēng)為光電子。

（3）光電流：光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電流（1）光電效應(yīng)：當(dāng)光線照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱(chēng)為光電效應(yīng)。一、光電效應(yīng)現(xiàn)象

要想進(jìn)一步研究光電效應(yīng)的規(guī)律，只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究。思考：影響光電效應(yīng)的因素有哪些？2.研究光電效應(yīng)的電路圖窗口陰極K和陽(yáng)極A是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極板。陰極K在受到光照時(shí)能夠發(fā)射光電子陽(yáng)極A吸收陰極K發(fā)出的光電子，形成光電流？給兩極板間提供電場(chǎng)E

陰極uAAK光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)

研究光電效應(yīng)中電子發(fā)射的情況與照射光的強(qiáng)弱、光的顏色(頻率)等物理量間的關(guān)系。1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康乃伎迹簝蓸O板間為何要加外電壓？實(shí)驗(yàn)探究一：光電子的有無(wú)光電子的有無(wú)與光的顏色（頻率）有關(guān)想一想:光電子看不見(jiàn)怎么辦？微觀光電子數(shù)與宏觀電流大小對(duì)應(yīng)規(guī)律1:存在截止頻率

c（1）當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值

c時(shí)，則沒(méi)有光電子逸出，則

c為截止頻率二、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律（2）入射光頻率低于截止頻率時(shí)，不管光照多強(qiáng)，金屬都不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)?。?）不同金屬的截止頻率不同，截止頻率與金屬自身的性質(zhì)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)探究二：光電子的數(shù)量AKI光電流G加正向電壓思考：光照條件不變的情況下，怎樣才能增大光電流？u＝0U足夠大思考：增大電壓，光電流會(huì)無(wú)限增大嗎？（2）入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多，飽和電流越大.（1）光照不變，增大正向電壓，電流表中電流達(dá)到某一值后不再增大，即達(dá)到飽和值.規(guī)律2：存在著飽和電流U足夠大實(shí)驗(yàn)還表明，光越強(qiáng)，到達(dá)A極的光電子增多。入射光強(qiáng)U足夠大實(shí)驗(yàn)探究三：光電子的快慢1、光電子減速、電流減少2、最終電流減到零思考：1.當(dāng)UAk=0時(shí)，I=0嗎？2.怎樣才能使光電流等于零？規(guī)律3：存在遏止電壓Uc（使光電流減小到零的反向電壓）

此時(shí)最大初動(dòng)能的光電子到達(dá)A極時(shí)，動(dòng)能剛好減小為0，而動(dòng)能的改變是由于電場(chǎng)力做功：遏止電壓黃光（強(qiáng)）從以下光電流與電壓的關(guān)系圖可得出什么結(jié)論？IUaOU黃光（弱）遏止電壓藍(lán)光Ub實(shí)驗(yàn)表明:對(duì)于一定顏色(頻率)的光,無(wú)論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓是一樣的.光的頻率

改變時(shí)，遏止電壓也會(huì)改變。規(guī)律4.光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性△當(dāng)頻率超過(guò)截止頻率時(shí)，無(wú)論入射光怎樣微弱，幾乎在照到金屬時(shí)立即產(chǎn)生光電流?！骶_測(cè)量表明產(chǎn)生電流的時(shí)間不超過(guò)10-9秒，即光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)的。總結(jié)歸納：入射光的

決定著單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子的個(gè)數(shù)。入射光

決定著能否發(fā)生光電效應(yīng)和光電子的最大初動(dòng)能。顯然：對(duì)于一定頻率的光頻率強(qiáng)度科學(xué)方法：通過(guò)巧妙的實(shí)驗(yàn)，把不可測(cè)量的光學(xué)量轉(zhuǎn)化成可直接測(cè)量電學(xué)量。通過(guò)測(cè)飽和電流（可測(cè)量）單位時(shí)間發(fā)射的光電子數(shù)（不可直接測(cè)量）通過(guò)測(cè)遏止電壓

（可測(cè)量）光電子的能量（不可直接測(cè)量）【例題1】在演示光電效應(yīng)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，用紫外線燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針張開(kāi)一個(gè)角度，如圖所示，下列說(shuō)法正確的是（）A.驗(yàn)電器的指針帶正電B.若減弱光照強(qiáng)度，驗(yàn)電器指針不張開(kāi)C.若僅增大紫外線燈照射的強(qiáng)度，則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)減少D.若僅減小紫外線燈照射的強(qiáng)度，則可能不發(fā)生光電效應(yīng)A課堂練習(xí)【例題2】圖甲是光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，圖乙是光電流與加在陰極K和陽(yáng)極A上的電壓的關(guān)系。根據(jù)乙圖中的曲線，可知（）A.在光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大B.對(duì)某種確定的金屬來(lái)說(shuō)，其遏止電壓只由入射光的頻率決定C.遏止電壓越大，說(shuō)明從該金屬中逃出來(lái)的光電子的最大初動(dòng)能越大D.只要增大電壓，光電流就會(huì)一直增大ABC課堂練習(xí)【例題3】當(dāng)某種頻率的光照射到光電管時(shí)，電流表中沒(méi)有讀數(shù)，以下這些操作，哪個(gè)可能使電流表有讀數(shù)（）A.將電池的極性反轉(zhuǎn)B.將變阻器的滑片向左移動(dòng)C.將變阻器的滑片向右移動(dòng)D.換用頻率更高的光D課堂練習(xí)【例題4】如圖所示，用綠光照射一光電管的陰極時(shí)產(chǎn)生光電效應(yīng)，欲使光子從陰極逸出的最大初動(dòng)能增大，應(yīng)采取的措施是（）A.改用紅光照射B.改用紫光照射C.增大綠光的強(qiáng)度D.增大加在光電管上的正向電壓B課堂練習(xí)

以上三個(gè)結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾的，所以無(wú)法用經(jīng)典的波動(dòng)理論來(lái)解釋光電效應(yīng)。三.光電效應(yīng)解釋中的疑難

實(shí)驗(yàn)結(jié)論經(jīng)典電磁理論入射光的越強(qiáng)，飽和電流越大強(qiáng)度越大，逸出的光電子數(shù)越多，光電流越大遏止電壓只與頻率有關(guān)，而與強(qiáng)度無(wú)關(guān)。遏止電壓應(yīng)與入射光的強(qiáng)度有關(guān)。如果光較弱，只要積累足夠長(zhǎng)時(shí)間，電子獲得足夠能量就會(huì)形成光電子存在截止頻率γc當(dāng)入射光頻率低于截止頻率，不能發(fā)生光電效應(yīng)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性能量的可以隨時(shí)間積累對(duì)比吻合不符不符不符1.光子說(shuō)(愛(ài)因斯坦于1905年提出)三.愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程（1）在空間傳播的光是連續(xù)還是是一份一份的？（2）光子的能量與什么有關(guān)系？（3）光子的能量如何表示？在空間傳播的光不是連續(xù)的而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子.光子的能量跟它的頻率成正比E＝hνν表示光的頻率h叫普朗克常量，h＝6.63×10-34焦耳．秒2.光電效應(yīng)方程金屬表面上的電子逸出時(shí)要克服金屬原子核的引力所做功的最小值。Ek＝hν－W0三.愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程①逸出功：有：W0=hν0不同金屬,其逸出功

同。不②光電效應(yīng)方程：一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量hν后，一部分能量用來(lái)克服金屬的

，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的

，即：

逸出功W0初動(dòng)能Ek或3.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的解釋Ek＝hν－W0ν0EKν－W00●解釋截止頻率●解釋飽和光電流●解釋瞬時(shí)性愛(ài)因斯坦由于對(duì)光電效應(yīng)的理論解釋和對(duì)理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過(guò)著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。光電效應(yīng)顯示了光的

性粒子康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)康普頓,1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)(1892-1962)美國(guó)物理學(xué)家19271.光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射2.康普頓效應(yīng)

1923年康普頓在做X射線通過(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。這個(gè)現(xiàn)象叫做康普頓效應(yīng)。四、康普頓效應(yīng)（一）康普頓效應(yīng)1.經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)遇到的困難（二）康普頓效應(yīng)解釋中的疑難①根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。②無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變和散射角關(guān)系。2.光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋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)。1.有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)；2.首次在實(shí)驗(yàn)上