4.1 光电效应 课件-2024-2025学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册

第四章 波粒二象性 第1节 光电效应 作者编号：43998 晨雾中行车雷达自动感应障碍，手机屏在强光下自发调节亮度，博物馆展柜触碰红外线即刻报警。为何智能设备总对光线如此敏感？从老式胶片因曝光失效，到电子秤在荧光灯下数值跳动，无形之光始终在物质世界书写着能量交换的密码。 新课导入 作者编号：43998 学习目标 1. 知道什么是光电效应，了解光电效应的实验规律； 2. 知道光电效应与电磁理论的矛盾。 学习目标 作者编号：43998 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。 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。 新课讲授 作者编号：43998 1.光电效应：金属在光的照射下发射电子的现象 2.光电子：光电效应现象中从金属表面发射出来的电子 一、光电效应 新课讲授 作者编号：43998 3.光电管 光电管的结构及其工作原理 光电管就是利用光电效应制成的一种光学元件，它的作用是把光信号转变为电信号。 表面通常涂有碱金属(锂、铯) 光电流的大小与什么因素有关呢？ 新课讲授 作者编号：43998 μA A K 窗口 ①阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极。 ②K在受到光照时能够发射光电子 ③阳极A吸收阴极K发出的光电子，形成光电流，光电流越大，说明光电效应越强。 I 思考：为什么要加正向电压？ 1.光电效应的实验电路 研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量的关系。 二、光电效应的实验规律 新课讲授 作者编号：43998 分析： 光束照在阴极K上会发生光电效应现象，但只有少数的电子能到达阳极A，电路中电流很小。加了正向电压后，大量的电子在电场力的作用下向阳极运动，形成较大电流。（加正向电压的目的是放大实验效果，增强实验“可见性”）。 E μA A K 窗口 I 新课讲授 作者编号：43998 2. 光电效应的实验规律 新课讲授 作者编号：43998 截止频率：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 理解： ①金属要发生光电效应与入射光强弱无关，只与频率有关。 ②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！ 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。 新课讲授 作者编号：43998 饱和电流：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。 （2）存在饱和电流 理解： ①在一定光照条件下，单位时间内阴极 K 发射的光电子数目是一定的； ②频率不变，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。 新课讲授 作者编号：43998 遏止电压：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称遏止电压。 （3）存在遏止电压 理解： 光电子克服电场力做功，到达A极板时速度刚好为零。 同一种金属，截止电压只与光的频率有关。 光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，入射光的强弱无关。 新课讲授 作者编号：43998 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，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。 （4）光电效应具有瞬时性 更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10-9秒（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。 新课讲授 作者编号：43998 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 当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大； ③ 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10-9秒。 总结： 新课讲授 作者编号：43998 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。 新课讲授 作者编号：43998 光电效应规律 经典理论的解释 入射光越强，饱和电流大。 任何一种金属，都有一个极限频率，入射光频率必须大于这个极限频率才能产生光电效 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大 入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的（ t﹤10-9秒） 入射光越强，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和电流大。 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。不存在极限频率。 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。 若光很弱，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。 × × × 三、经典电磁理论解释的困难 新课讲授 作者编号：43998 电磁理论 ＊不存在截止频率 ＊截止电压→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。 新课讲授 作者编号：43998 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 ( ) 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 B 当堂检测 作者编号：43998 2.若用绿光照射某种金属板不能发生光电效应，则下列哪一种方法可能使该金属发生光电效应（ ） A. 增大入射光的强度 B. 增加光的照射时间 C. 改用黄光照射 D. 改用紫光照射 D 当堂检测 作者编号：43998 3.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大于丙光的截止频率 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 B 当堂检测 作者编号：43998 光电效应的实验规律 1887年，赫兹最早发现了光电效应现象 光电效应 光电效应现象 光电效应经典解释中的疑难 照射到金属表面的光，使金属中的电子从表面逸出的现象 存在截止频率 存在饱和电流 存在遏止电压 光电效应具有瞬时性 无法解释存在截止频率 无法解释遏止电压与光强无关 无法解释光电效应的瞬时性 课堂小结 作者编号：43998 Lavf56.15.102 Lavf56.15.102 $$