4.2光电效应一-2021-2022学年高二物理精品课件（2019人教版选择性必修第三册）

第四章 原子结构和波粒二象性 4.2光电效应（一） 晓峰物理 把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。 这个现象说明了什么问题？ 情景引入 锌板带负电，用紫外线灯照射后，验电器张开的指针夹角会变小。 实验现象： 这意味着，紫外线会让电子从锌板表面逸出。 照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。 光电效应 光电效应现象中从金属表面逸出的电子常称为光电子。 光电子 演 示 一、光电效应的实验规律 窗口 1、研究光电效应的电路图 ⑴阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极。 ⑵K在受到光照时能够发射光电子 ⑶阳极A吸收阴极K发出的光电子，形成光电流，光电流越大，说明光电效应越强。 I 左图中所加的电压为正向电压，即A极的电势高于K极的电势。光电子从阴极K逸出后，在AK之间被电场加速。 阴极K与阳极A之间电压U的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。 一、光电效应的实验规律 1、存在饱和电流 在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。 在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。 这说明，在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的，电压增加到一定值时，所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。 这说明，对于一定频率（颜色）的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。 一、光电效应的实验规律 反向电压增加，光电流减小。 2、存在截止电压：Uc 光电流减小到0的反向电压Uc称为截止电压。 拥有最大初动能（能量）的光电子到达A极时，动能刚好减小为零，而动能的改变是由于电场力做功： 施加反向电压 一、光电效应的实验规律 3、存在截止频率（红限）：vc →跟材料有关 大量实验表明：入射光的频率必须高于某一极限频率才能发生光电效应。 4、光电效应具有瞬时性 实验发现：无论入射光多弱，都会在照射到金属时立即产生光电子，精确测量表明这个时间<10-9s，也就是说电子不需要积累能量的时间。 人们知道，金属中原子外层的电子会脱离原子（自由电子）而做无规则的热运动。但在温度不很高时，电子并不能大量逸出金属表面，这是为什么呢？ 不同种类的金属，其逸出功的大小也不相同。 这表明金属表面层内存在一种力，阻碍电子的逃逸。电子要从金属中挣脱出来，必须获得一些能量，以克服这种阻碍。 要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小值叫作这种金属的逸出功。 逸出功 金属 钨 钙 钠 钾 铷 vc/（1014HZ） 10.95 7.73 5.53 5.44 5.15 W0/eV 4.54 3.20 2.29 2.25 2.13 几种金属的截止频率和逸出功 思考与讨论 二、光电效应经典解释中的疑难 1、光电效应经典（光的电磁理论——光是电磁波）解释 ⑴当光照射金属表面时，电子会吸收光的能量。若电子吸收的能量超过逸出功，电子就能从金属表面逸出，这就是光电子。 ⑵光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。 ⑸如果光很弱，电子需要几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于实验中产生光电流的时间。 ⑶不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可以获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率； ⑷光越强，光电子的初动能应该越大，所以截止电压Uc应该与光的强弱有关； 二、光电效应经典解释中的疑难 2、光电效应经典解释中的疑难 ⑴初动能与光强无关——取决于入射光的频率 ⑵有极限频率（红限）——没有能量积累过程 ⑶响应快慢与光强无关——没有能量积累过程 1、光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。这 种电子常称为光电子。 ⑴存在截止频率：vc 2、实验规律 ⑵存在饱和电流：IC ⑶存在遏止电压：Uc ⑷光电效应具有瞬时性<10-9s 光的电磁理论与光电效应的矛盾 随堂小结 【例题1】在演示光电效应实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针张开一个角度，如图所示，下列说法正确的是（ ） A.验电器的指针带正电 B.若仅增大紫外线的频率，则锌板的逸出功增大 C.若仅增大紫外线灯照射的强度，则单位时间内产生的光电子数减少 D.若仅减小紫外线灯照射的强度，则可能不发生光电效应 解析： 锌板原来不带电，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针发生了偏转，说明锌板在紫外线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，验电器的指针也带正电，故A正确；金属的逸出功与金属本身的