4.2 光电效应 课件 -2024-2025学年高二下学期人教版（2019）选择性必修第三册

人教版选择性必修三第四章 第二节 光电效应 授课人： 牛顿 微粒说 T/年 惠更斯 波动说 1690 1672 麦克斯韦 电磁说 1905 爱因斯坦 光子说 波动性 粒子性 托马斯·杨 双缝干涉 实验 1801 1814 菲涅耳 衍射实验 赫兹 电磁波实验 1864 1887 赫兹 发现光电效应 牛顿微粒说 占主导地位 波动说 渐成真理 ………. 光的本性认识过程 光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步，取得了巨大的成功。但是，这个学说并不能完美地解释所有的光现象。那就是本节课所讨论的课题 ——光电效应 用弧光灯照射锌板，与锌板相连的验电器就带正电，这说明锌板在光的照射下发射了电子。 1、光电效应的发现： 赫兹 2、光电效应的定义： 当光照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。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 一、光电效应 光电效应的实质：光现象转化为电现象。 光可以是可见光，也可以是不可见光。 如弧光灯发出的是紫外线. 光电效应说明了光具有粒子性。 【注】 4 S为抽成真空的玻璃容器，容器内有阴极K和阳极A，阴极K为金属平板。两电极分别和电流表、电压表、滑动变阻器和电池相连。 [装置]光电效应演示仪． 二、光电效应的规律 5 二、光电效应的规律 电源作用：使电子加速，I增大，便于观察 玻璃容器与电流表演示是否发生光电效应： ①AK之间有向右的电场 ②紫外线照到金属板K时，金属板释放电子 ③光电子在电场的作用下向阳极A运动，形成光电流。 ④改变外加电场，测出光电流I的大小，研究光电流规律 6 [现象一] 没有光照射K时，电压表V有示数，电流表没有示数，说明什么？ [说明] KA之间有电场存在，但没有光照射K时没有光电子逸出，说明没有发生光电效应． 二、光电效应的规律1 7 [现象一] 保持KA间电压一定，灯泡亮度一定，　　 用红光照射时改变入射光的亮度和改变电场电压都没有光电流；但用橙光和绿光照射时，即使减小入射光的亮度和减小电场电压都有光电流。 二、光电效应的规律1 【说明】 某种金属发生光电效应时，存在一个最小频率，只有当入射光的频率大于或等于这个最小频率时，才能发生光电效应，这个最小频率就叫这种金属的极限频率0 8 【归纳】 规律1 ：任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于或等于该金属的极限频率0，才能产生光电效应（光电效应的产生条件） 二、光电效应的规律1 9 [现象二] 给光电管电极KA间加正向电场，以高于极限频率的某种光入射， 保持电压不变，增加入射光的强度，发现光电流的强度增大． 二、光电效应的规律2 [说明] [规律2] 当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，则光电流的强度与入射光的强度成正比． 10 用绿光照射金属板K,逐渐减小KA间的正向电压，直到电压为零时，电流表仍有示数，说明光电流依然存在． 如果在KA间加一反向电压，光电子所受电场力方向与速度方向相反，光电子作减速运动，则光电流变小，增大反向电压，使光电流刚好为零; 二、光电效应的规律3 11 [现象三] 保持反向电压不变时： 入射光的频率不变，调亮灯泡，发现光电流仍然为零; 入射光的频率增大，发现光电流增大，不再为零． 二、光电效应的规律3 【说明】光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率增大而增大。 【归纳】 规律3 ：光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率增大而增大。（线性关系，并非正比） 12 规律4 ：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） 二、光电效应的规律4 13 【归纳】 ①任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于或等于该金属的极限频率0，才能产生光电效应．（光电效应的产生条件） ②当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，则光电流的强度与入射光的强度成正比． ③光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率增大而增大．（线性关系，并非正比） ④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） 14 三、波动理论解释不了光电效应 光的电磁理论 光电效应实验结果 困难1 （极限频率） 光的能量由振幅决定，与光频率无关，只 要光足够强（不论入射光的频率多高）， 总可以使电子获得足够的能量从而逸出表 面，不应存在极限频率（截止频率） 如果小于截止频率，无论光的强度有多大，都不能发生光电效应 困难2 （最大初动能） 光越强，光电子的初动能应该越大，所 以遏止电压 Uc 应该与光的强弱有关， 光电子的最大初动能应该由光的强度来 决定 光电子的最大初动能、遏止 电压都与光的强度无关，而 与频率有关 困难3 （发生时间） 如果光很弱，按经典电磁理论估算，电 子需要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 当入射光照射到光电管阴极 时，无论光强怎样，几乎瞬 间就产生了光电子 15 1、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，简称光子． 光子的能量跟光的频率γ成正比。E＝h 其中： E是光子的能量; γ是光的频率. h=6.63×10-34J*S，叫做普朗克常量; 四、爱因斯坦光电效应理论 16 指在与垂直光的传播方向上，单位面积1秒内获得的能量（即所有光子的能量和）。 公式：I光强=n h n是指垂直与光的传播方向上，单位面积1秒内通过的光子个数。 【补充】光的强度（简称光强）： 17 ①为什么存在极限频率？ 光子打在金属上时，一个电子吸收一个光子，电子吸收光子后，能量增加。 如果光子的能量较大，即光的频率较大，当金属中的电子吸收光子后的能量足够大，电子就能克服金属内带正电的原子核对它的引力，离开金属表面，逃逸成为光电子。即发生光电效应现象。 反之，如果电子吸收光子后的能量小于电子逃逸出来所需功的最小值，则不能发生光电效应现象。 2、光子说对光电效应的解释 【强调】由于不同金属内部正电荷对电子的束缚程度不同，因此电子逃逸出来所做的功也不一样,所以不同金属的极限频率不同. 18 ②为什么当入射光频率大于极限频率时，保持频率不变，光电流的强度与入射光强度成正比？ I光强=n h 对频率一定的光， 光的强度大是指单位时间内射到单位面积的光子的数目多 单位时间内逸出金属成为光电子的电子数目较多 每秒钟通过横截面的光电子数多，所以光电流较大 所以光电流的强度与入射光强度成正比。 发生光电效应 19 ③为什么光电子的最大初动能只与入射光频率有关而与光强无关呢？ E=h：能量只与光的频率γ有关，且频率↑，光子的能量↑． 电子吸收光子后，能量一般分成两部分：一部分用于克服金属内正电荷对它的引力做功，另一部分作为它逸出金属表面的初动能。 根据能量守恒定律：h= W克＋EK0 又在光电效应中，金属中的不同电子，克服金属内正电荷对它的引力做的功一般不同，其中表面的电子克服金属内正电荷对它的引力做的功最小，则该电子脱离这种金属所具有的初动能将最大。 20 光电效应方程： EKm= h-W逸 其中：EKm是逸出的光电子的最大初动能． W逸是逸出功：使电子脱离金属所需的最小功， 即是金属表面的电子逸出金属表面所做的功 ②加反向电压时 ①逸出功和极限频率的关系 ： 已知反向截止电压U0,则可求EKm 【强调】 W逸=h0 其中：EKm是逸出的光电子的最大初动能． W逸是逸出功：使电子脱离金属所需的最小功， 即是金属表面的电子逸出金属表面所做的功 21 ④为什么光电效应具有瞬时性？ 　 因为一个电子吸收一个光子，即电子吸收光子的能量是瞬时的，因此造成金属中的电子对于光子的吸收是十分迅速的。 22 金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流达到某一值后不再增大，趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和电流. 【结论】饱和电流与所加电压大小无关，只与入射光的强度有关. 入射光越强，饱和电流越大. 【补充1】饱和电流 I U O U 遏 止 电 压 I s 饱和 电流 黄光（ 强） 黄光（ 弱） 蓝光 U b 【补充2】光电效应伏安特性曲线 ①光的频率一定时，光强弱变化，遏止电压不变；饱和光电流与光强成正相关 ②由于，则对于同一金属，越大，越大 EKm= hγ-W逸 【补充3】 25 一验电器与锌板相连，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角． (1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”、“减小”或“不变”)． (2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转． 　无 减小 26 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，电流表不一定有电流通过 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 D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变 D 27 如图所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为 (　　) A．1.9 eV B．0.6 eV C．2.5 eV D．3.1 eV C 28 mv2－ν图线 如图所示，为光电子最大初动能mv2随入射光频率ν的变化图线，由hν＝mv2＋W知，横轴上的截距是阴极金属的截止频率ν0，纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值－W，斜率是普朗克常量h. $$