4.2 光电效应（一）-【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 学习目标 1．知道光电效应现象，了解与之相关的截止频率,饱和电流,遏止电压等.知道光电效应的瞬时性 2．掌握爱因斯坦光电效应方程，知道逸出功和最大初动能 3．知道康普顿效应，了解光子的动量和光的波粒二象性 核心素养要求 核心素养呈现 物理观念 光电效应 光电子 截止频率 逸出功 最大初动能 康普顿效应 光的波粒二象性 实验探究光电效应，观察截止频率，饱和电流，遏止电压等 科学思维 光电效应方程的理解和应用 光电效应的 Ek- v图像 科学探究 科学 态度 与责任 光电 效应 2 情景导入 白天的天空各处都是亮的;航天员在大气外飞行时，尽管太阳的光线耀眼刺目，其他地方的天空却是黑的，甚至可以看见星星。这是为什么? 3 情景导入 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？ 4 情景导入 照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子常称为光电子。 思考：怎么衡量光电效应的强弱呢? 5 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。 光电效应现象中从金属表面逸出的电子常称为光电子。 演 示 光电效应 光电子 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。 6 一、光电效应的实验规律 研究光电效应的电路图 1 窗口 ⑴ 阴极 K 和阳极 A 是密封在真空玻璃管中的两个电极。 ⑵ K 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。 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。 I 7 一、光电效应的实验规律 存在饱和电流 1 窗口 I 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。 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。 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，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。 8 一、光电效应的实验规律 存在截止电压：Uc 2 反向电压增加，光电流减小。 光电流减小到0的反向电压 Uc 称为截止电压。 施加反向电压 窗口 I 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： 9 一、光电效应的实验规律 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。 存在截止频率（红限）：vc 3 → 跟材料有关 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。 光电效应具有瞬时性 4 10 思考与讨论 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 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？ 问 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。 答 逸出功 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。 不同种类的金属，其逸出功的大小也不相同。 11 二、光电效应经典解释中的疑难 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。 光电效应经典（光的电磁理论——光是电磁波）解释 1 ⑵ 光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。 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； 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。 12 二、光电效应经典解释中的疑难 光电效应经典解释中的疑难 2 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 13 随堂小结 光的电磁理论与光电效应的矛盾 光电效应：照射到金