4.2光电效应（二）- 【物理优课PPT】高中物理选择性必修第三册同步PPT课件（人教版2019）

The photoelectric effect 授课老师：*** 1 温故知新 光的电磁理论与光电效应的矛盾 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。 1 2、实验规律 ⑴ 存在截止频率：vc 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 2 一、爱因斯坦的光电效应理论 爱因斯坦在普朗克量子假说的基础上，做了进一步假设，建立起光电效应理论。 假定电磁波本身的能量也是不连续的 振动着的带电微粒的能量是不连续的 光子（光量子） 1 光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的。每一份称为光量子，简称光子。 E = hν 光子的能量： 3 一、爱因斯坦的光电效应理论 光电效应方程 2 金属中的电子吸收一个光子获得的能量是 hv，一部分大小为 W0 的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能。 通过这个方程爱因斯坦完美地解释了光电效应实验的规律。 ——金属的逸出功 W0 EK=hv-W0 hv＝W0+EK ——光电子最大初动能 4 一、爱因斯坦的光电效应理论 光子说对光电效应的解释 3 ⑴ 截止频率的解释 光照射到金属中的电子时，一个电子只能吸收一个光子的能量，也就是hv的能量。 EK=hv-W0 hv>W0 → 产生光电效应 → 无光电效应 hv<W0 → 就是极限频率 hv=W0 5 一、爱因斯坦的光电效应理论 光子说对光电效应的解释 3 ⑵ 遏止电压的解释 对某种金属W0一定，遏止电压Uc 只与入射光的频率有关，与光强无关。 EK=hv-W0 eUc=hv-W0 遏 止 电 压 6 一、爱因斯坦的光电效应理论 光子说对光电效应的解释 3 EK=hv-W0 ⑶ 瞬时性的解释 电子一次性吸收了光子的全部能量，所以自然不需要时间的积累。 ⑷ 饱和电流的解释 对于同种频率的光，光较强时，单位时间内照射到金属表面的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。 到此为止光量子理论完美解释了光电效应的各种现象。 7 思考与讨论 爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能 Ek 与入射光的频率 v 的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是截止电压 Uc。 那么，怎样得到截止电压Uc与光的频率v和逸出功W0的关系呢? EK=hv-W0 某金属的Uc-v 图像 立根验证光电效应方程 4 根据光电效应测得h与普朗克黑体辐射得出的h在误差范围内一致，这为爱因斯坦的光电效应理论提供了直接的实验证据，因此爱因斯坦获得1921年诺贝尔物理学奖。 8 二、康普顿效应和光子的动量 康普顿效应 1 在散射的 X 射线中，除了与入射波长 λ0 相同的成分外，还有波长大于 λ0 的成分，这个现象称为康普顿效应。 λ ＝λ0 X 射线 石墨体 （散射物质） λ =λ0 λ >λ0 9 二、康普顿效应和光子的动量 光的散射经典解释 2 入射的电磁波引起物质内部带电微粒的受迫振动，振动着的带电微粒进而再次产生电磁波，并向四周辐射，这就是散射波。散射的X射线频率应该等于带电粒子受迫振动的频率，也就是入射X射线的频率。相应地，X射线的波长也不会在散射中发生变化。 P↓ λ↑ —— 光子模型解释康普顿效应 3 光子不仅具有能量，而且具有动量，光子的动量 p 与光的波长 λ 和普朗克常量 h 有关： 波长变长的解释： 10 三、光的波粒二象性 人类对光的认识过程 1 牛顿光的微粒说 光是实物粒子 光是振动形式在媒质的传播——波 光是电磁波 光是能量子即光子 惠更斯和托马斯杨的光的波动说 到麦克斯韦的光的电磁理论 爱因斯坦的光子理论 11 三、光的波粒二象性 光的波动性和光的粒子性 2 光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。 表明光是一种波 干涉 衍射 表明光是一种粒子 光电效应 康普顿散射 12 三、光的波粒二象性 光的粒子性和波动性是相对的 3 波粒 二象性 波长较长时，表现出波动性 传播的过程中，表现出波动性 波长较短时，表现出粒子性 与物体相互作用时，表现出粒子性 光的粒子性和波动性是在不同条件下的表现 13 随堂小结 爱因斯坦的光电效应理论 1 E = hν 光子 光电效应方程：EK=hv-W0 密立根验证光电效应方程： 光本身就是由一个个不可分割能量子组成的。每一份称为光量子。 康普顿效应和光子动量 2 康普顿效应：在散射的X射线中，除了与人射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分。 光的波粒二象性 3 1.光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。 2.传播的过程中，表现出波动性；与物体相互作用时，表现出粒子性。 3.波长较长时，表现出波动性；波长较短时，表现出粒子性。 14 典例分析 A.用光束1照射