資源簡介

(共20張PPT)
第二節(jié) 光電效應
第一課時 光電效應實驗規(guī)律與經(jīng)典解釋中的疑難
問題與思考：
問題一：分析上述現(xiàn)象產(chǎn)生的可能原因？
光電效應：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子逸出的現(xiàn)象。逸出的電子稱之為光電子
問題二：如果原來鋅板原來不帶電，用紫外線照射，是否能夠發(fā)生類似的現(xiàn)象？
問題三：若是能發(fā)生光電效應，鋅板帶什么電？電子逸出的過程中，驗電器的張角會不會一直增大？
光電效應的實驗規(guī)律：
光電效應的研究史：
1.最早發(fā)現(xiàn)光電效應：1887年赫茲在研究電磁波實驗中發(fā)現(xiàn)受到光照的接收電路間隙更容易產(chǎn)生電火花；
2.德國物理學家勒納德、英國物理學家J.J.湯姆孫相繼通過實驗證實光電效應。
3.1905年，愛因斯坦發(fā)表論文《關于光的產(chǎn)生和轉化的一個試探性觀點》解釋了光電效應，并因此獲得1921年的諾貝爾物理學獎
光電效應的實驗規(guī)律：
實驗優(yōu)化：
問題：閉合開關后，A板、B板的極性？電流表中是否有電流？
陰極
（-）
陽極
（+）
問題：閉合開關后，用光照射陰極K，如果有光電子逸出，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？
功能：通過電流表的示數(shù)判斷是否發(fā)生光電效應現(xiàn)象，該電流稱之為光電流
實驗：換用不同頻率的光照射陰極K，觀察實驗現(xiàn)象
現(xiàn)象：當入射光的頻率小于某一數(shù)值νc時，光電流消失
結論：金屬發(fā)生光電效應存在截止頻率（νc）或稱之為極限頻率，不同金屬的截止頻率不同，與金屬本身的性質有關。
光電效應的實驗規(guī)律：
實驗優(yōu)化：
問題：保持光照條件不變，增大AK兩板間電壓，可能發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？
功能：通過光電流的大小可以判斷單位時間從K板逸出到達A板的光電子數(shù)量。
結論：在一定的光照條件下，單位時間逸出的光電子數(shù)是一定的，當電壓達到一定值時，所有的光電子都被陽極A吸收，此時電路中達到最大電流，稱之為飽和電流（Im）。
現(xiàn)象：隨著電壓增大，光電流先增大，增大至一定值后趨于穩(wěn)定，達到飽和值。
功能：通過飽和電流的大小可以判斷單位時間內(nèi)逸出的光電子總數(shù)。
結論：對于一定頻率的光，入射光強度越大，單位時間逸出的光電子數(shù)越多。
光電效應的實驗規(guī)律：
實驗優(yōu)化：
問題：若將電源反向，調(diào)節(jié)電壓大小，可能發(fā)生什么現(xiàn)象？
結論：電路中存在遏止電壓，調(diào)節(jié)電壓大小，使光電流減小到0的的反向電壓稱之為遏止電壓（Uc）
問題：遏止電壓的存在說明什么問題？通過遏止電壓可求解什么？
問題：上式中的速度與動能分別指什么？
功能：通過遏止電壓可以計算光電子逸出時的最大初動能
實驗：改變光照強度、入射光頻率、金屬種類分別進行實驗
現(xiàn)象三：僅改變光照強度，遏止電壓始終相同，改變光的頻率以及金屬種類，遏止電壓會發(fā)生變化。
光電效應的實驗規(guī)律：
實驗優(yōu)化：
現(xiàn)象三：僅改變光照強度，遏止電壓始終相同，改變光的頻率以及金屬種類，遏止電壓會發(fā)生變化。
結論：對于同一種金屬，逸出的光電子最大初動能只與入射光的頻率有關，與入射光的強弱無關。
規(guī)律總結：整理上述實驗過程，分析電路中光電流隨電壓變化的規(guī)律，并定性畫出某一固定色光照射金屬板，光電效應現(xiàn)象中光電流隨兩板間電壓變化的圖象。
U
I
O
Im
Uc
藍光
思考：若換用黃光進行實驗，圖線會有什么變化？
黃光
思考：若改變光照強度，圖線會有什么變化？
Uc′
黃光（強）
光電效應的實驗規(guī)律：
實驗優(yōu)化：
規(guī)律總結：整在上述實驗中，若是入射光頻率超過截止頻率（ν0）時，無論入射光怎樣微弱，光照射到金屬時會立即產(chǎn)生光電流（t<10-9s），若入射光不滿足條件，無論照射多長時間均不能產(chǎn)生光電流，即光電效應具有瞬時性。
光電效應經(jīng)典解釋中的疑難：
結論：金屬表面層存在一種力阻礙電子的逃逸，電子要從金屬中掙脫出來，必須獲得一定能量以克服這種阻礙。要使電子脫離某種金屬，需要外界對它做功的最小值叫做這種金屬的逸出功（W0）
包含但不僅限于庫侖力
最小值的意義表現(xiàn)在哪？
光電效應經(jīng)典解釋中的疑難：
經(jīng)典電磁理論不能解釋的幾個實驗現(xiàn)象：
1.光電效應存在截止頻率（ν0）
2.光電效應存在遏止電壓，即逸出的光電子具有最大初動能
3.光電效應具有瞬時性
經(jīng)典電磁理論能夠解釋的幾個實驗現(xiàn)象：
光照射金屬表面，電子吸收光的能量，吸收的能量超過逸出功，電子從金屬表面逸出，光照強度越大，逸出的電子數(shù)越多，光電流越大。
第二節(jié) 光電效應
第二課時 光的粒子性
愛因斯坦光電效應理論：
普朗克（能量子）：假定組成黑體的振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能
量值 ε 的整數(shù)倍。這個不可再分的最小能量值 ε 叫作能量子
愛因斯坦（光子說）：假定電磁波本身的能量也是不連續(xù)的，即認為
光本身就是由一個個不可分割的能量子組成，
頻率為ν的光得到能量子為hν，稱之為光子
基于愛因斯坦光子說對光電效應的解釋：
+
-
ε
光子能量：ε=hν
逸出功：W0
初動能：Ek
思考：為什么不考慮電子逸出前的初始能量？
愛因斯坦光電效應理論：
愛因斯坦光電效應方程：
逸出功（W0）：要使電子脫離金屬，外界對其做功的最小值。
最大初動能（Ek）
思考：用某一頻率的光照射金屬，能夠發(fā)生光電效應，逸出的電子初動能是一個確定值嗎？
思考：用不同頻率的光照射金屬，能夠發(fā)生光電效應，頻率大的光照射金屬逸出的電子初動
能一定越大嗎？
思考：方程中只取了一個光子的能量，電子有沒有可能同時吸收多個光子能量而獲得更大的
逸出初動能？
利用愛因斯坦光電效應理論解釋光電效應：
1.滿足一定條件的光照射金屬能夠發(fā)生光電效應
嘗試利用愛因斯坦光電效應理論解釋以下實驗現(xiàn)象：
2.飽和電流Im隨著光照強度增大而增大
3.光電效應現(xiàn)象中存在截止頻率（ν0）
4.光電效應現(xiàn)象中遏止電壓（Uc）與入射光的頻率有關，而與光照強度無關
5.光電效應現(xiàn)象具有瞬時性
光電效應概念梳理：
概念與規(guī)律 物理意義 決定因素 相互關系
截止頻率（νc）
能夠使金屬發(fā)生光電效應的最小頻率
逸 出 功（W0）
要使電子脫離某種金屬，需要外界對它做功的最小值
由金屬本身特性決定
飽和電流（Im）
反應單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)
與光照強度有關
n為單位時間逸出的光電子數(shù)
遏止電壓（Uc）
分析光電子逸出的最大初動能
由入射光頻率及金屬逸出功決定
愛因斯坦光電效應方程
變式
強化練習：
例：鋁的逸出功是4.2eV，現(xiàn)在將波長為200nm的光照射鋁的表面。
（1）求光電子的最大初動能。
（2）求遏止電壓。
（3）求鋁的截止頻率。
普朗克常量的測定：
斜率：
意義：1907年起，美國物理學家密立根以精湛的技術測量金屬的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的h進行比較，兩者的誤差范圍小于0.5%，為愛因斯坦光電效應理論提供了直接的實驗證據(jù)。
康普頓效應與光子的動量：
康普頓（美國物理學家）：1918~1922年研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有大于λ0的成分。
吳有訓（中國留學生）：測試了多種物質對X射線的散射現(xiàn)象，證實了康普頓效應的普遍性。
實驗現(xiàn)象：
康普頓效應與光子的動量：
◆基于經(jīng)典電磁理論的解釋
理論解釋：
◆康普頓基于光子假說的解釋
光子不僅具有能量，也具有動量
動量：
光的波粒二象性：
人類對光本質的認識歷程：
牛頓的微粒說
惠更斯、托馬斯·楊的波動說
麥克斯韋的電磁理論
愛因斯坦的光子理論
量子電動力學
事實依據(jù)：
光的波動說：光的干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象
光的粒子說：光電效應、康普頓效應等現(xiàn)象
光的波粒二象性
量子電動力學
注：光的波粒二象性是一種實驗事實，不是經(jīng)典意義上的粒子和波。

展開更多......

收起↑