4.2 光电效应 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

4.2 光电效应 1. 光电效应的发现 1887年赫兹发现了光电效应。当时赫兹在验证麦克撕韦的电磁理论的火花放电实验时，意外发现：如果接收电磁波的电极受到紫外线照射，火花放电就变的容易产生。并将这一现象发表于论文《紫外线对放电的影响》。 1888年，德国物理学家霍尔瓦克斯(Hallwachs)证实，这是由于放电间隙内出现了荷电体的缘故。 1899年，J.J.汤姆逊测出产生的光电流的荷质比，结果与阴极射线粒子的荷质比相近，说明产生的光电流和阴极射线一样是电子流。 于是得出结论：光照射到金属表面使金属内部的自由电子获得更大的动能，因而从金属表面逸出。但是: 2. 光电效应实验的规律 V A 1 实验装置及现象 2 实验规律 （1）光电流强度与入射光强成正比. 截止频率的发现： 勒纳德进一步实验发现，光电效应的产生还与入射光的频率有关，当光的频率小于某一值时，无论光强多大，光电效应都不能产生，只有大于临界值时，光电效应才会发生。 （2）截止频率（红限） 截止频率与材料有关与光强无关. 对某种金属来说，只有入射光的频率大于某一频率0时，电子才会从金属表面逸出. 0称为截止频率或红限频率. 截止电压的发现： 1899～1902年，勒纳德为了研究光电子从金属表面逸出时所具有的能量，在两电极间加上可调节的反向电压，直到使光电流截止。从反向电压的截止值推算出逸出电子的最大速度。但在这一研究的过程中发现逸出电子的能量与光的强度无关。 光电效应的瞬时性： 不管光强多小，只要；频率大于临界值，就立即产生光电效应。 截止电压与入射光频率具有线性关系. （4） 瞬时性( ) 使光电流降为零所外加的反向电势差称之为截止电压 ，对不同的金属， 的量值不同. （3）截止电压 O 按经典理论,电子逸出金属所需的能量，需要有一定的时间来积累, 与实验结果不符. 3 经典理论遇到的困难 红限问题 瞬时性问题 按经典理论,无论何种频率的入射光,只要强度足够大，就能使电子逸出金属. 与实验结果不符. 3. 爱因斯坦的光量子假说的提出 1905年6月、1906年3月、11月，爱因斯坦连续发表了三篇论文《关于光的产生和转化的一个启发性观点》《论光的产生与吸收》《普朗克的辐射和比热理论》。他在论文中指出：“当人们把用连续空间函数进行运算的光的理论应用到光的产生和转化的现象上去时，这个理论会导致和经验矛盾。…如果用光的能量在空间中不是连续分布的这种假设来解释，似乎就更好理解。按照这种假设，从点光源发出的光束的能量在传播中不是连续分布在越来越大的空间中，而是由个数有限的、局限在空间各点的能量子所组成，这些能量子能够运动，但不能再分割，而只能整个的被吸收或产生出来。”1909年9月又在德国自然科学协会上作了相关报告。 1 “光量子”假设 光可看成是由光子组成的粒子流，单个光子的能量为 . 2 爱因斯坦光电效应方程 逸出功与材料有关 理论解释: 几种金属逸出功的近似值(eV) 钠 铝 锌 铜 银 铂 2.46 4.08 4.31 4.70 4.73 6.35 光强越大，光子数越多，单位时间内 产生光电子数目越多,光电流越大. ( 时） 遏止电压 V A 外加的反向的遏止电压 恰能阻碍光电子到达阳极, 即 爱因斯坦的光子理论圆满地解释了光电效应现象. （截止频率） 频率限制: 只有 时才会发生 瞬时性：光子射至金属表面， 一个 光子的能量 将一次性被一个电子吸收，若 ，电子立即逸出，无需时间积累. 3 普朗克常数的测定 遏止电压和入射光频率的关系 O 3. 光电效应理论的验证 美国实验物理学家密立根(R.A.Millikan)，开始不接受爱因斯坦的观点，试图从实验上否定光量子理论，他从1905年起，花了十年时间，利用巧妙而复杂的装置，做了大量实验，结果做成了“光电效应”实验，检验了爱因斯坦方程，其h 的值与理论值完全一致，从而证明了“光量子”理论的正确。密立根在他1949年为爱因斯坦70寿辰所发贺词中说：“在我的一生中我花了十年的时间检验爱因斯坦方程，结果和我所有的预期相反，在1915年我不得不宣布它毫不含糊的实验鉴定，尽管它似乎和我所知道的光的干涉的每一件事都相违而不合常理。” 4. 光