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 高二物理（人教版2019） 选择性必修 第三册 第四章 原子结构和波粒二象性 思考与讨论: 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？ 用紫外线灯照射后，验电器张开的指针夹角会变小,说明锌板带的负电荷变少了。这意味着，紫外线会让电子从锌板表面逸出。 1.光电效应：照射在金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。 逸出的电子称为光电子。 一、光电效应的实验规律 2.光电管：利用光电效应制成的一种光学元件， 它的作用是把光信号转变为电信号。 一、光电效应的实验规律 1.实验目的：研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、 光的颜色(频率) 等物理量之间的关系。 2、光电效应的实验装置 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。 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 一、光电效应的实验规律 （1）当入射光频率减小到某一数值c 时，光电流消失，这表明已经没有光电子了。c称为截止频率或极限频率。即当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。 3.存在截止频率 （2）金属要发生光电效应与入射光强弱无关，只与频率有关。 （3）入射光频率低于截止频率时，不光光照多强，金属都不会发生光电效应。 （4）不同金属的截止频率不同，截止频率与金属自身的性质有关。 4.存在饱和电流 一、光电效应的实验规律 4.存在饱和电流 （2）在光的频率（颜色）不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。 （1）在光照不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。 即电流较小时电流随着电压的增大而增大；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会进一步增大了. 一、光电效应的实验规律 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。 施加反向电压 一、光电效应的实验规律 5.存在遏止电压 （1）当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称遏止电压。 一、光电效应的实验规律 5.存在遏止电压 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： － + + + + + + 一 一 一 v 加反向电压，如右图所示： 光电子作减速运动。若速率最大的记为vC 最大的初动能 U=0时，I≠0， 因为电子有初速度 则I=0，式中UC为遏止电压 E E U F K A 速率最大的是 vc 光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。 一、光电效应的实验规律 5.存在遏止电压 （1）当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值Uc时， 光电流恰为0。Uc称遏止电压。 （2）同一种金属对于一定频率(颜色)的光, 无论光的强弱如何,遏止电压UC是一样的； （3）光的频率 改变，遏止电压UC也会改变。 （4）这表明对于同一种金属，光电子的能量只与入射光的频率有关， 而与入射光的强弱无关。 当频率超过截止频率vC时，无论入射光的强度怎么微弱，照到金属时会立即产生光电流。精确测量表明产生电流的时间很快，即光电效应几乎是瞬时发生的。 6.光电效应具有瞬时性 一、光电效应的实验规律 更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10－9 s（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。 12 人们知道，金属中原子外层的电子会脱离原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？ 思考与讨论: 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。 二、光电效应经典解释中的疑难 逸出功W0：要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小 叫做这种金属的逸出功。 即电子要想从金属中脱离，至少要吸收W0的能量。 几种金属的截止频率和逸出功 逸出功的大小取决于金属的特性 光的经典电磁理论无法解释的光电效应的三个实验结果： 2.光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压UC应与光的强弱有关。 1.不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足