4.2光电效应 课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第四章 原子结构和波粒二象性 4.2光电效应 格物致理 永无止境 关于光的争论 托马斯·杨 马吕斯 菲涅耳 爱因斯坦 PK 麦克斯韦 格物致理 永无止境 把一块锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。 请观察 格物致理 永无止境 请观察 这个现象说明了什么问题？ 用紫外线灯照射的瞬间，检流计指针发生明显偏转。 实验现象： 这意味着，紫外线会让电子从锌板表面逸出到达铜网。 格物致理 永无止境 新知讲解 当光线（包括不可见光）照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。 光电子定向移动形成的电流叫光电流。 格物致理 永无止境 思考与讨论 电子为什么会逸出？ 逸出功：外界做功使电子脱离金属，做功最小值叫作这种金属的逸出功。 逸出功的大小应该与材料自身有关。 格物致理 永无止境 设计电路 设计实验探究光电效应中电子 的逸出情况与光照强弱、光的频率等的关系 格物致理 永无止境 实验预测 依据光是电磁波的传统理论，预测实验可能出现哪些现象？ 1.光电流与频率无关，无论光照强度多大，只要有光就可以，当电子积累的能量达到一定程度就一定会逸出，形成光电流。 2.光强越大，光电子动能越大。 3.光强越大，电子积累能量用时越短。光照强度弱，用时长。 4.同一光照强度，正向电压越大，到达正极的光电子越多，光电流越大。 1.是否一定会形成光电流，与光的频率有关系吗？ 2.逸出光电子的动能与什么有关？ 3. 光电子积累能量需要时间吗？ 4.同一光照强度，光电流大小与加速电压有无关系？ 格物致理 永无止境 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。 1、存在饱和电流 一、光电效应的实验规律 格物致理 永无止境 反向电压增加，光电流减小。 2、存在遏止电压：Uc 光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。   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： 施加反向电压 实验表明当入射光的频率改变时，遏止电压也会发生变化。 格物致理 永无止境 3、存在截止频率 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。当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。 实验表明，不同的金属材料的截止频率不同。换句话说，截止频率与金属自身的性质有关。 实验现象： 紫外光可以让锌片发生光电效应，日光灯不能。说明光电效应与入射光的频率有关。 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 格物致理 永无止境 实验现象： 光照的瞬间检流计发生偏转 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。 格物致理 永无止境 光的电磁理论与光电效应的矛盾 要点总结 电磁理论 ＊不存在截止频率 ＊遏止电压→光强 ＊需要长时间 存在截止频率 遏止电压 →频率 瞬时<10-9s 实验结果 光电效应中的一些重要现象无法用经典电磁理论解释，这引发了物理学家们的认真思考。 格物致理 永无止境 二、爱因斯坦的光电效应理论 1. 光量子理论 能量量子化认为：电磁波的辐射和吸收是不连续的，一份儿一份儿的，每一份叫做一个能量子。 爱因斯坦认为：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，简称光子。 E = hν 光子的能量： 格物致理 永无止境 2. 光电效应方程 EK=hν-w0 ——光电子最大初动能 —————金属的逸出功 W0 金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，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， 爱因斯坦的光电效应理论能否解释实验的各种现象？ 格物致理 永无止境 遏 止 电 压 光电流与电压的关系 红光 红光 紫光 3. 爱因斯坦对光电效应实验规律的解释 请同学们尝试用爱因斯坦的光量子理论解释光电效应现象。 格物致理 永无止境 理论检验 电磁理论 ＊不存在截止频率 ＊遏止电压→光强 ＊需要长时间 存在截止频率 遏止电压 →频率 瞬时<10-9s