4. 2 光电效应 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

2.光电效应 回顾1:用毛皮摩擦过的橡胶棒带什么电荷？ 回顾2:检验物体带电的仪器？ 橡胶棒带负电荷 验电器， 知识回顾！ 带电荷越多，张角越大？ 演示实验 思考1:锌板带上负电后铝箔张开，用手接触一下后，看到什么现象？说明了什么？ 思考2:锌板带上负电后铝箔张开，用紫外线灯照射锌板后看到什么现象？说明了什么？ 紫外线照射锌板,验电器张角减小,说明锌板失去负电荷,即电子从锌板表面逸出。 张角减小,说明锌板失去负电荷(转移到了手臂) 一.光电效应 1.定义: 当光(包括不可见光)的照射金属表面时，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 光电子定向移动形成的电流叫光电流 2.条件: (金属不同,c 不同) 能让该金属发生光电效应的最小频率称截止频率或者极限频率,不同金属对应的截止频率不同 3.瞬时性: 实验表明:当入射光的频率大于等于某一数值时才能发生光电效应.否则无论光照强度多大,都不会产生光电效应 是不是只要有光照射到金属表面，就会发生光电效应？ 光电效应几乎是瞬时发生（10－9 s） (赫兹发现,汤姆孙等证实) 思考3:光电效应谁先发现的？ 思考4:此种电路实验中，当光照射到K极板时,电流表的示数不明显,说明电流大还是小？ 思考5:你有何方法增大单位时间到达A极板的光电子数,从而增大光电流的数值,让实验现象更明显？ 单位时间到达A板的电子多还是少？ 思考6:该电路能否研究入射光条件一定时，电流与UAK的关系吗？ AK两板间的电压大小无法改变 光电管 G 光电流 阴极 阳极 V 思考7：实验中,当UAK逐增大，光电流会一直增大吗？为什么？ 原因:增大(正向)电压,单位时间内达到A板的光电子数增加,所以I增大。当单位时间内到达A板的光电子数等于K板单位时间内产生的光电子数时，即使增大U，I也不变,即达到最大值饱和电流 4.光电效应中存在饱和电流 思考8:对于一定频率的入射光，饱和光电流的大小与光照强度有什么关系呢？ 对于一定频率的入射光，光照强度越强，饱和光电流越大，单位时间内逸出的光电子数目越多。 问题9：AK板加正向电压的目的是将光电子尽可能的“拉”到A极板，若将电源正负极对调，让AK板加反向电压，又会出现什么现象呢？ 5.遏止电压（UC） :使光电流刚好减小到0的反向电压Uc称为遏止电压 遏止电压与什么有关？ 同一金属,遏止电压Uc与光照频率ν有关(v越大，Uc越大),与光照强度无关 思考：遏制电压如何计算？ 光电管 G 光电流 阴极 阳极 V 1. (多选)如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过。其原因可能是(　　) A.入射光太弱 B.入射光波长太长 C.光照时间太短 D.电源正、负极接反 BD 2. 利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则(　　) A.用紫外线照射，电流表不一定有电流通过 B.用红外线照射，电流表一定无电流通过 C.用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑动触头P移到A端时，电流表中一定无电流通过 D.用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑动触头P向B端滑动时，电流表示数可能不变 D 光电效应的特征 光的波动理论 a.截止频率决定能否产生光电子； b.频率一定时，光越强，光电流越大； c.光电子的最大初动能与入射光频率有关； d.瞬时性。 矛盾 矛盾 矛盾 光的波动说解释光电效应现象遇到了困难!!! 光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大 不管光的频率如何，只要积累足够长的时间，电子获得足够多的能量就会形成光电子 光电子的最大初动能应该与入射光的强度有关 如果光很弱，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。 9 如何解释光电效应? 还是我来解释吧！ 爱因斯坦从普朗克的能量子假说中得到了启发，他提出： 光本身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。 一个光子的能量： 入射光的强度I： 指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量 I=nhν 其大小由光的频率和单位时间的光子数量共同决定 1.光子 2.爱因斯坦的光电效应方程 或 —— 光电子的最大初动能 —— 金属的逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值 W0 一个电子吸收一个光子的能量hν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： 二、爱因斯坦解释光电效应现象 1、光量子概念 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。 —— 光子的能量 Ek 11 ②方程表明，只有当hν>W0时，才有光电子逸出，横截距就是截止频率vc 光子说对光电效应的解释 ①方程表明，光电子的最大初动能Ek与入射光的频率有关，与光强无关。因此遏止电压与频率有关，与光强无关。 斜率为？ ,即: 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，光电流瞬时发生的。 (4)对于同种颜色（ν相同）的光，光较强时，包含的光子数目较多(一个光子打出一个光电子)，照射金属时产生的光电子也多，因而饱和光电流较大。 怎么证明它是正确的呢？ 密立根以实验数据的方式 证明了光电效应方程的正确性 1. 用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J。已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为 A.1×1014 Hz B.8×1014 Hz C.2×1015 Hz D.8×1015 Hz B 2.在演示光电效应实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针张开一个角度，如图所示，下列说法正确的是(　　) A.验电器的指针带正电 B.若仅增大紫外线的频率，则锌板逸出功增大 C.若仅增大紫外线灯照射的强度，则单位时间内产生的光电子数减少 D.若仅减小紫外线灯照射的强度，则可能不发生光电效应 A 3. 如图所示，甲图为演示光电效应的实验装置；乙图为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线。下列说法正确的是(　　) A.a、b、c三种光的频率各不相同 B.b、c两种光的光强可能相同 C.若b光为绿光，a光可能是紫光 D.图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动， 电流表的读数可能增大 D 4.在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图2所示。则可判断出(　　) A.甲光的频率大于乙光的频率 B.乙光的波长大于丙光的波长 C.乙光对应的截止频率小于丙光的截止频率 D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 E.甲光的光照强度小于乙光的光照强度 B 5.(多选)如图是某金属在光的照射下逸出的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，由图像可知(　　) A.该金属的逸出功等于E－hν0 B.该金属的逸出功等于hν0 C.入射光的频率为2ν0时，逸出的光电子的最大初动能为hν0 D.当入射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍 BC :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。 五、康普顿效应和光子的动量 2.康普顿效应 1.光的散射：光遇到介质中的微粒，传播方向发生改变的现象。 康普顿用光子的模型成功地解释了康普顿效应。 他基本思想是：光子不仅具有能量，而且具有动量，光子 与晶体中的电子碰撞时遵守能量守恒和动量守恒。 3.光子动量表达式: 对现象的解释： 在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小；因此，有些光子散射后波长变长(频率变小)。 4.康普顿效应的意义 :引入光子具有动量,完善光的粒子说,肯定了光的粒子性 六、光的波粒二象性 (1)光的干涉和衍射现象说明光具有________； 波动性 （2）_________和_____________说明光具有粒子性。 光电效应 康普顿效应 （3）光子的能量 hν 光子的动量 (4)光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有______二象性。 波粒 （5）大量光子波动性明显，个别或少量光子粒子性明显。 （6）光在传播过程中往往显示波动性， 在与物质相互作用时往往显示粒子性。 （7）频率越低的光(波长越长)波动性越明显，频率越高的光粒子性越明显 光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的 1. (多选)对光的认识，下列说法正确的是(　　 ) A.少量光子的行为易表现出粒子性，大量光子的行为易表现出波动性 B.光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的 C.光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不具有波动性了 D.光的波粒二象性可以理解为在某些场合下光的波动性表现明显，在某些场合下，光的粒子性表现明显 ABD 2.下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是(　　) A.光是波也是粒子 B.光子与电子不是同样的粒子 C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D.大量光子的行为往往显示出波动性 E.波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性 F.光波频率越高，粒子性越明显 G.能量较大的光子其粒子性越显著 H.个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出显示波动性 3.(多选)利用如图所示的电路研究光电效应现象，其中电极K由金属钾制成，其逸出功为2.25 eV。用某一频率的光照射时，逸出光电子的最大初动能为1.50 eV，电流表的示数为I。已知普朗克常量约为6.6×10－34 J·s。下列说法中正确的是(　　) A.金属钾发生光电效应的极限频率约为5.5×1014 Hz B.若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00 eV C.若入射光频率加倍，电流表的示数变为2I D.若入射光频率加倍，遏止电压的大小将变为5.25 V AD $$