6.2 光电效应 课件-2023-2024学年高二下学期物理教科版（2019）选择性必修第三册

6.2 光电效应 光究竟是什么 干涉，衍射，偏振 光是一种电磁波 光的波动性 麦克斯韦（ 理论） 赫兹（实验） 波动理论 康普顿效应\光电效应 光的粒子性 一、光电效应现象 用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连）使验电器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板。 则验电器的指针张角会 。 表明锌板在射线照射下失去电子而带正电 变大 把一块锌板连接在验电器上，验电器 用摩擦过的橡胶棒（带负电）接触验电器 使验电器 ，然后用紫外灯照射锌板， 此时验电器中，两个金属箔片的夹角变 了 说明锌板上负电荷变 了，紫外线使电子 从锌板表面逸出，这就是光电效应 不带电 带负电 小 少 由于金属内的电子能量增大，所以就会摆脱 了金属的束缚，那么电子想要逃逸出来，就 需要克服金属的吸引力做功，它的最小值就 称为 当光子照射到金属上时，一个电子在吸收光 子的能量后，一部分转化为电子的 ， 剩下的则转化为电子的 ，最终得到 可以看出当光子能量 逸出功时，电子才能 从金属中逃脱出来 光电效应方程：Ek＝hν－W0 逸出功 逸出功 初动能 大于 当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。 在光电效应中逸出的电子称为光电子。 （1）光电效应： （2）光电子： 2.光电效应方程 ①逸出功：金属表面上的电子逸出时要克服金属原子核的引力所做功的最小值。不同金属,其逸出功不同。有：W0= hν0 ②光电效应方程：Ek＝hν－W0 主要指紫外线 光电管 阴极K：发射光子 阳极A：吸收光子 电流表：测量光电流 电压表： 测量K A之间电压 A接电源正极：正向电压 光电子向A加速，光电流更大 A接电源负极：反向电压 光电子向A减速，遏止 光电效应 为了研究与光照强弱与颜色之间的关系，我们需要这样的电路， 在密闭的真空管中有阴阳两级。闭合开关后，阳极A吸收阴极K 发出的光电子，从而在电路中形成光电流。 每个光子的能量只取决于光的频率。比如，蓝光的频率比红光 频率 ，那么蓝光光子的能量就比红光光子的能量 ， 光照强度说的是光子的数量。如果降低紫外灯的亮度，电流 表的读数就会随之变 。 如果换成白炽灯，电流表却始终不动。因为当入射光的频率 到某一数值的时候，光电流就会消失，在个频率就被称为截止 频率， 高 大 小 它与金属自身的性状有关，不同金属截止频率不同。 光电流的大小：单位时间到达A极的光电子个数 光电效应产生 条件： 光的频率 截止频率 （极限频率） 所以频率不够的话，只增大入射光的强度是没有用。 一定的光照条件下（单位时间内发射的光电子数目是一定的），将UAK从0开始增大，光电流也随之 ，电压在增加到一定值后，再怎么增大电压，光电流 ，也就是光电流处于一个饱和的值，这就是饱和电流。 原因：在一定光照条件下，单位时间内K极发射的光电子 数目是一定的，电压增大到一定值时，所有光电子都被 阳极A吸收了 在频率不变的情况下，入射光越强，单位时间内发射的光电子 ，饱和电流 越多 越大 增大 不再增大 当我们把电源的正负极反过来的时候，两级间就 形成了一个向左的电场，由于它阻碍了光电子的 运动，所以光电流也会随之 如果继续增加反向电压，到达某一临界数值后， 电流表读数为0，此时电压被称为 通过这个电压，我们就可以计算光电子的最大 动能 光电子最大初动能与电子频率有关，与光强弱无关 减小 遏止电压 U>0 正向电压 U<0 反向电压 各物理量之间的决定关系 入射光频率v 决定 光子能量hv 金属材料 决定 逸出功 决定 最大动能 决定 遏止电压 入射光强度 决定 光子数 决定 光电子数 决定 饱和电流 二.光电效应的实验规律 1、实验装置 实验发现以下规律： ●存在截止频率： 入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。 ●存在着饱和电流 原因 因为光照条件一定时，K发射的电子数目一定。 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。 入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多； 入射光越强，饱和光电流越大。 实验表明： ●存在着遏止电压 同一频率光照射，不管光强如何，遏止电压都相同。 光照频率越高，遏止电压越高。 光电子的能量只与入射光的频率有关。 光电效应的解释中的疑难 ①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 ； ②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10-9 S。 三.爱因斯坦的光电效应方程 在空间传播的光不是连续的而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比。 E＝hν ν 表示光的频率 h叫普朗克常量，h＝6.63×10-34焦耳 秒 ●光电效应具有瞬时性 当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流。 精确测量表明产生电流的时间 超过 秒， 即光电效应几乎是瞬时的。 典型例题 一、图像问题 颜色相同（频率相同),强度不同（光子个数不同），光电流与电压关系 遏止电压：颜色相同，故频率相同，遏止电压相同 饱和电流：光强不同，光子个数不同，故饱和电流不同 典型例题 一、图像问题 颜色不同（频率不同),强度相同（光子个数相同），光电流与电压关系 遏止电压：颜色不同，故频率不同，遏止电压不同 饱和电流：光强相同，蓝光频率大于黄光频率 故蓝光光子数比黄光小，饱和电流不同 典型例题 一、图像问题(逸出问题） 最大初动能与与入射光频率的关系 Ek＝hν－W0 极限频率V0：图像与横轴的交点 逸出功；图像与动能轴交点的纵坐标 的绝对值 WO=l-WOl 普朗克常量：图像斜率 k=h 典型例题 一、图像问题(逸出问题） 遏止电压与入射光线频率的关系 极限频率：图像与横轴交点 遏止电压：随入射光频率的增大 而增大 普朗克常量：图像斜率与电子电量 的乘积 h=ke 由光电效应方程 结合动能与静电力做功的关系 写出函数关系式 ν ν 小结 光电效应 （1）能量量子化 ，V是 ，h是 ，h=6.63*10-34J.S （2)爱因斯坦的光子说 在空间传播的光不是连续的而是一份一份的，每一份叫做一个光量 子/光子，光子能量 （3）光的效应现象 1）极限频率V0 :入射光线频率到达极限频率才能发生光电效应 2）舜时性10-19s :达到V0立即发生，无需能量积累 3）最大初动能 （最大初动能与频率有关） 频率 普朗克常量 E＝hν ν 表示光的频率 Ek＝hν－W0 1、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器指针张开一个角度，如图所示，这时( ) B A．锌板带正电，指针带负电 B．锌板带正电，指针带正电 C．锌板带负电，指针带正电 D．锌板带负电，指针带负电 2、三种不同的入射光线甲、乙、丙分别照射在三种不同的金属a、b、c上，均恰能使金属中逸出光电子。已知三种光线的波长λ甲>λ乙>λ丙，则（ ） A、用三种入射光照射金属a ，均可发生光电效应 B、用三种入射光照射金属c ，均可发生光电效应 C、用入射光甲和乙同时照射金属c，可能发生光电效应 D、用入射光甲照射金属b ，可能发生光电效应 A 3、如图所示，一光电管的阴极用极限波长λ0＝500 nm的钠制成，用波长λ＝300 nm的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2.1 V，饱和光电流I＝0.56 μA.(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s) (1)求每秒内由K极发射的光电子数； (2)求光电子到达A极时的最大动能； (3)如果电势差U不变，而照射光的强度增加到原值的三倍，此时光电子到达A极时最大动能是多大？ 4、(多选)(全国卷Ⅲ)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的截止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量.下列说法正确的是(　　) A.若νa>νb，则一定有Ua<Ub B.若νa>νb，则一定有Eka>Ekb C.若Ua<Ub，则一定有Eka<Ekb D.若νa>νb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb BC　[设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm＝hν－W，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B正确；又Ekm＝eU0，则最大初动能与截止电压成正比，C正确；根据上述有eU0＝hν－W，截止电压U0随ν增大而增大，A错误；根据上述有W＝hν－Ekm，同种金属的W不变，与入射光无关，Wa＝Wb，即hνa－Eka＝hνb－Ekb，则D错误.] (多选)下图是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点横坐标值为4.27，与纵轴的交点纵坐标值为0.5).由图可知(　　) A.该金属的截止频率为4.27×1014 Hz B.该金属的截止频率为5.5×1014 Hz C.该图线的斜率表示普朗克常量 D.该金属的逸出功为0.5 eV $$