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

第一节 光电效应 第四章 波粒二象性 一、光电效应 表明锌板在射线照射下失去电子而带正电 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变大。 将锌板与一不带电的验电器金属球相连，用紫外线灯照射锌板一段时间，可以看到验电器的指针保持一定偏角. 验电器 锌板 弧光灯 金属在光的照射下发射电子的现象称为光电效应。 在光电效应现象中发射出来的电子被称为光电子。 光电管——一种常见的光电器件 阴极表面通常涂有碱金属，如锂、铯等. 碱金属对电子的束缚能力比较弱， 比较容易在光的照射下发射电子， U G 在电路中，阴极发射的光电子受到正向电压U加速，被阳极收集，在回路中形成电流，称为光电流. + - 光电管把光信号转变成电信号 光电流的大小与入射光强度、频率和光照时长有什么关系呢？ 我们可以用光电效应演示器进行探究，在光电管上加正向电压， 入射光强度可以通过改变光罩上出射孔的数目或大小来改变， 入射光的频率可以用不同的滤色片来改变， 电源加在阳极A与阴极K之间的电压大小可调. 二、光电效应的实验规律 （1）存在饱和电流 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。 因为光照条件一定时，K发射的电子数目一定。 实验表明：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。 阳极A 阴极K V G (2)存在截止频率 当入射光的频率比较低时，无论光多么强，照射时间多么长，光电管都不能发射光电子，即没有光电流产生。 对于每一种金属，都存在一个截止频率， 当入射光频率 ν > ν0 时，才会产生光电流； 当入射光频率 ν < ν0 时，无论光强多大也没有光电流产生。 其对应的波长称为截止波长 (3)存在遏止电压 光电管阴极射出的光电子具有一定的动能， 为了测量光电子的动能，可以在光电管的 两个电极上加上反向电压， 调节反向电压的大小可阻止光电子到达阳极. 在强度和频率一定的光照射下，回路中的光 电流将会随着反向电压的增加而减小，并且 当反向电压达到某一数值时，光电流将会减 小到零，我们把这时的电压称为遏止电压， 阳极A 阴极K V G 遏止电压：使光电流减小到零的反向电压 － + + + + + + 一 一 一 一 一 一 v 加反向电压：光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运动。若光电子出射时的最大初动能 U=0时，I≠0， 因为电子有初速度 则I=0，式中Uc为遏止电压 E E U F K A 实验表明：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ν改变，遏止电压也会改变。 光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关。 讨论与交流：光电子的最大初动能可以通过测量金属的遏止电压来确定。那么，金属的遏止电压与入射光的强度和频率又有什么关系？ 对于一定频率的光，同种金属的遏止电压是一样的，不同频率的入射光，金属对应的遏止电压不一样，遏止电压与入射光的强度无关。 实验中，随着反向电压的逐渐增大，光电流是逐渐减小的。由此推测所有光电子的动能是不一样的，遏止电压对应的是最大初始动能的光电子。 1.对于任何一种金属，都存在一个截止频率，入射光的频率必须大于这个截止频率，才能产生光电效应，低于这个截止频率的光就不能产生光电效应。 2.光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大. 3.当入射光的频率大于截止频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。 光电效应的实验规律   按照光的电磁理论解释 光电效应实验结果 矛盾1 光能由振幅决定，与光频率无关，只要光强足够大(不论入射光的频率多大)，总可以使电子获得足够的能量从而发生光电效应 存在截止频率νc： 若ν<νc，无论光强有多大，都不能发生光电 效应 矛盾2 光强越大，电子可获得的能量越多，光电子的最大初动能也应该越大，遏止电压也应越大，即出射电子的最大初动能应该由光强来决定 光电子的最大初动能、遏止电压都与光强无关，而与频率有关 三、经典电磁理论解释的困难 13 例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，验电器的指针就张开一个角度，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 例2. 入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么 ( ) A. 从光照射金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B. 逸出的光电子的最大初动能将减小 C. 单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D. 有可能不发生光电效应 C 例3. （多选）关于光电效应的规律，下列说法正确的是( ) A. 当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大 B.当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多 C.同一频率的光照射不同的金属，如果都能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大 D.对某种金属，入射光波长必须小于某一极限波长，才能有光电子逸出 ABD 1.一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是 ( ) A.延长光照时间 B.增大光束的强度 C.换用红光照射 D.换用紫光照射 D 随堂练习 2.关于光电效应下述说法中正确的是 ( ) A.光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大 B.只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应 C.在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关 D.任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应 D $$