4.2.2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 第2节 光电效应（第二课时） 知识回顾 1、什么是光电效应？ 2、光电效应的实验规律有哪些？ 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。从金属表面逸出的电子称为光电子。 (1) 对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应； (2) 发生光电效应时，入射光越强，饱和电流越大； (3) 发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大； (4) 入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9s 一、逸出功 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。 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。 几种金属的截止频率和逸出功 二、光电效应经典解释中的疑难 光电效应经典（光的电磁理论——光是电磁波）解释： 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。 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。 结论与实验相符 结论与实验结果相矛盾， 经典电磁理论无法解释。 三、爱因斯坦的光电效应理论 1. 光量子理论 (爱因斯坦的光子说) 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 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。光子的能量： （ν为光的频率） 2. 光电效应方程 金属中的一个电子吸收一个光子的能量hv后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：hv＝W0+EK 注意：式中Ek 是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时的动能大小可以是 0~ Ek 范围内的任何数值。 爱因斯坦光电效应方程可以很好地解释光电效应实验中的各种现象。 3. 光电效应中的图线 （1）光电效应的 Ek-ν 图像： ① 斜率 k=h（普朗克常数） ② 横截距 νc（极限频率） ③ 纵截距为－W0（逸出功的负值） （2）光电效应的Uc—ν 图像： ① 横轴上的截距是截止频率或极限频率（νc） ② 纵轴上的截距是-W0 /e ③ 图线的斜率是h/e 光电子的初动能Ek与入射光的频率v成线性关系，与光强无关。 对某种金属W0 一定, 遏止电压Uc 只与入射光的频率v有关, 与光强无关。 4. 光子说对光电效应的解释： ③ 电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。 ④ 对于同种颜色（频率相同）的光，光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。 ② 这个方程还表明，光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν 有关，而与入射光的强弱无关。这就解释了遏止电压与光强无关。 ① 光电效应方程 EK = hv－W0 表明，只有当 hν>W0 时，光电子才可以从金属中逸出， 就是光电效应的截止频率。 5. 光电效应理论的验证 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。 美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。 由于爱因斯坦发现了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。 光电效应显示了：光子和其他粒子一样，也具有能量，光具有粒子性。 四、康普顿效应和光子的动量 1. 光的散射：光束通过某些介质时，因与物质微粒相互作用，使光的传播方向发生改变，从侧面可以看到光的现象叫做光的散射。 2. 康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的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。（康普顿的学生，中国留学生吴有