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：43002 夏夜路灯倏然亮起，指纹锁在阴影中无声开启，超市玻璃门总能在顾客靠近时自动滑开。你是否好奇，为何金属在阳光下会莫名升温？当紫外线扫过纸币，暗纹为何突然浮现？这些看似无关的现象，实则暗藏着光与物质间神秘的能量传递法则。 新知导入 作者编号：43002 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：43002 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？ 思考与讨论： 什么是光电效应？ 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。 新知学习 作者编号：43002 一、光电效应 1.光电效应：照射在金属表面的光，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。 2.光电管：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。 新知学习 作者编号：43002 二、光电效应的实验规律 1.光电效应的实验 光电管 电流表：测光电流的大小 电压表：测两极之间的电压大小 滑动变阻器：改变两极之间的电压大小 实验目的：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)等物理量间的关系。 新知学习 作者编号：43002 新知学习 作者编号：43002 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！ 2.截止频率 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。 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，不管光照多强，金属都不会发生光电效应！ 新知学习 作者编号：43002 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.饱和电流 理解： 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。 新知学习 作者编号：43002 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.遏止电压 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。 理解：光电子克服电场力做功，到达A极板时速度刚好为零。 新知学习 作者编号：43002 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”）。 新知学习 作者编号：43002 （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： 新知学习 作者编号：43002 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。 新知学习 作者编号：43002 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 新知学习 作者编号：43002 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。 新知学习 作者编号：43002 1. (多选)电器指针原来是闭合的，现让紫外线灯发出的光照射锌板，发现验电器指针张开了，则(　 　) A. 验电器的指针带了正电 B. 该实验表明光是一种电磁波 C. 增强紫外线灯的发光强度，指针张角会增大 D. 红光照射锌板，验电器的指针张角一定会变得更大 AC 课堂检测 作者编号：43002 2. 利用光电管研究光电效应实验如图所示，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，电流表一定有电流通过 B．用红光照射，电流表一定无电流通过 C．用红外线照射，电流表一定无电流通过 D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过 A 课堂检测 作者编号：43002 3. 在研究光电效应现象时，先后用两种不同色光照射同一光电管，所得的光电流与光电管两端所加电压间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是( ) A. 色光乙的频率小、光强大 B. 色光乙的频率大、光强大 C. 若色光乙的强度减为原来的一半，无论电压多大，色光乙产生的光电流一定比色光甲产生的光电流小 D. 若另一光电管所加的正向电压不变，色光甲能产生光电流，则色光乙一定能产生光电流 D 课堂检测 作者编号：43002 光电效应的实验规律 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 课堂总结 作者编号：43002 Lavf56.15.102 $$