17.2公开课光的粒子性精读.ppt

17.2 光的粒子性 人教版选修3-5 演示实验：把一块擦得很亮的带有负电荷的锌板与验电器相连接，验电器张角张开，再用紫外线照射锌板，则验电器的指针张角会如何变化。这个现象说明了什么？ 表明锌板在光线照射下失去电子而带正电 一、光电效应的实验规律 1、什么是光电效应 当光线照射在金属表面时，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 2、光电效应实验规律 （1）存在饱和电流 光照不变，增大UAK，电流表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。 表明光照条件一定时，单位时间内阴极K发射的电子数目一定。 实验表明： 入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，饱和电流越大 － + + + + + + 一 一 一 一 一 一 v 加反向电压，如右图所示： 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。当光电子逸出时初速度的上限应满足以下关系： UAK 0时，I≠0， 说明电子有初速度（初动能） 则I 0，式中UC为遏止电压 2 存在遏止电压和截止频率 E E U F K A 即：使光电子速度减到零的反向电压 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。因为光的强弱只是决定了单位时间内逸出光电子的数目。但光的频率? 改变时，遏止电压也会改变。因为光的频率决定了光子的能量，同时决定了光电子逸出时的最大初动能。 光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。 I I s U a O U 黄光（ 强） 黄光（ 弱） 光电效应伏安特性曲线 遏 止 电 压 饱 和 电 流 蓝光 U b 经研究后发现：当入射光的频率减小到某一数值（?c）时 ，即使不加反向电压也没有电流，这表明已经没有光电子逸出。（?c）称为截止频率或极限频率 入射光频率? ?c 时，电子才能逸出金属表面； 入射光频率? ?c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。 b. 存在截止频率?c 对于每种金属，都相应确定的截止频率?c 。 不同金属，截止频率不同 实验结果：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。 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”）。 即：光电效应在极短的时间 内完成，具有瞬时性 3 具有瞬时性 光电效应特性小结： 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. ①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。 ② 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，不应存在截止频率。 ③ 如果光很弱，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，这个时间远远大于10 S。 以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。 二、光电效应解释中的疑难 使电子脱离金属的束缚所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功W0 温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。 三、爱因斯坦的光电效应方程 1、光子： 光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。 爱因斯坦的光子说 爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出： 三、爱因斯坦的光电效应方程 2、爱因斯坦的光电效应方程 或 ——光电子最大初动能 ——金属的逸出功 W0 一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即： 3、光子说对光电效应的解释 ①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当hν W0时，才有光电子逸出， 就是光电效应的截止频率。 ②电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。 ③光照条件较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。 4、光电效应理论的验证 美国物理