4.2 光电效应（同步课件）-2023-2024学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第三册）

§2 光电效应 第四章 原子结构和波粒二象性 目录 CONTENTS 光电效应的实验规律 01 爱因斯坦的光电效应理论 光电效应经典解释中的疑难 03 02 康普顿效应和光子的动量 04 光的波粒二象性 05 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？ 观察实验： 实验现象： 光电效应：当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。 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。 光电效应的实验规律 01 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，A、K极板间不加反向电压，电流也为0。此时的光的频率c即为截止频率！ 1.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。 2.存在饱和电流 （2）在光的颜色不变的情况下，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）光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值 一、光电效应的实验规律 一、光电效应的实验规律 （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称截止电压。 3.存在遏止电压 （2）对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何,遏止电压是一样的;光的频率 改变，遏止电压也会改变。 （3）光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。 即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的极限频率，几乎在照到金属时立即产生光电流。即光电效应几乎是瞬时发生的。 4.光电效应具有瞬时性 一、光电效应的实验规律 光电效应经典解释中的疑难 02 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：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。 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，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。 3.如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需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。 二、光电效应经典解释中的疑难 爱因斯坦的光电效应理论 03 1.光子： 光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。 三、爱因斯坦的光电效应理论 2.爱因斯坦的光电效应方程： 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： ——光电子最大初动能 三、爱因斯坦的光电效应理论 3.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） 4.爱因斯坦对光电效应的解释 ①这个方程表明，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。 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。 三、爱因斯坦的光电效应理论 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。 思考与讨论： 爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能 Ek 与入射光的频率v的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是截止电压 Uc。 那么，怎样得到截止电压Uc与光的频率v和逸出功W0的关系呢? 某金属的Uc-v图像 EK=hv-W0 （2）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。 5.光电效应理论的验证 （1）美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应