《2. 光电效应与光的量子说》PPT课件(江苏省县级优课)
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高中物理·选修3-5·教科版
4.2 光电效应与光的量子说
一、光电效应ห้องสมุดไป่ตู้
19世纪末，人们发现当光照射在金属表面 上时，金属中的电子会因吸收光的能量而溢出
金属表面，这种现象称为光电效应.
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.
1. 光电效应实验
阳
极
光线经石英窗照在阴极上，便 有电子逸出---光电子。
A
W 石英窗
K
阴
极
G
光电子在电场作用下形成光电流。
V
2.尝试解释光电效应现象
为什么在紫外线的照射下锌板中的电子会 跑出来呢？
改用其它的光来照射会不会照射出电子？ 改变照射光的强弱会不会影响光电子量？ 改用其他的材料会不会射出电子？ ……
勒纳德等人通过实验得出以下结论：
2、光电效应的实验规律： （1）存在 ___电流。在一定的光照条件下，随着所加 电压的__ _，光电流趋于一个饱和值，入射光越强， 饱和电流__ _，即入射光越强时，单位时间内发射的 光电子数目_ _。（2）存在着____ __电压和__ ____频率。只有施加___ ___电压且达到某一值时才 会使光电流为零，这一电压称为_ ___电压，______ 电压的存在说明光电子具有一定的____。 （3）效应具有______。当入射光频率超过截止频率ν0 时，无论光怎样微弱，产生电流的时间不超过______， 光电效应几乎是瞬时的。 3、使电子从金属中逸出所需做功的___ _ _叫做这种 金属的逸出功，不同金属的逸出功__ __。
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0.6 V时，电流表读数
仍不为零.当电压表读数大于或等于0.6 V时， 图6 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
解析 由题意知光电子的最大初动能为
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
4、若用绿光照射某种金属板不能发生光电效应，则下列哪一
种方法可能使该金属发生光电效应（ C ）
A. 增大入射光的强度
B. 增加光的照射时间
C. 改用黄光照射
D. 改用紫光照射
5、在光电效应实验中 （1）如果入射光强度增加，将产生什么结果？ （2）如果入射光频率增加，将产生什么结果？
效应的研究中，提出了光量子概念，简称光子.
1、爱因斯坦的光量子假说
在空间传播的光不是连续的而是一份一份的， 每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成 正比。即:ε=hν ，ν表示光的频率，h叫普朗克常 量，h＝6.63×10-34焦耳·秒
2.爱因斯坦光电效应方程
在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，
一部分消耗在电子逸出功W，另一部分变为光电子
逸出后的动能 1 mv2.由能量守恒可得：
2
h
1 2
mv2
W0
W 为电子逸出金属表面所需做的功，叫逸出功；
0
1 mv2 为光电子的最大初动能。 2
讨论：12 mv2 与遏止电压的关系？
(2)光电效应方程包含了产生光电效应的条件.
若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，
Ek＝eU＝0.6 eV 所以根据光电效应方程
Ek＝hν－W 可得W＝hν－Ek＝(2.5－0.6) eV＝1.9 eV. 答案 A
返回
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
美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应” 实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论 值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。
答：（1）当入射光频率高于截止频率时，光强 增加，发射的光电子数增多；当入射光频率低 于截止频率时，无论光强怎么增加，都不会有 光电子发射出来。
（2）入射光的频率增加，发射的光电子最 大初动能增加。
2、用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电子从阴
极逸出时的最大初动能增大应（ D ）
A．改用红光照射
B．增大绿光的强度
C．增大光电管上的加速电压
D．改用紫光照射
3、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，验电器指针张开一
个角度，如图所示，这时 ( B )
W
W
即Ek＝hν－W>0，亦即hν> W，ν> h ＝ν0，而ν0＝ h 恰
好是光电效应的截止频率.
(3)Ekm－ν曲线.如图5所示是光电子最大初 动能Ekm随入射光频率ν的变化曲线.这里， 横轴上的截距是 截止频率或极限频率 ；
纵轴上的截距是 逸出功的负值 ；斜率为
图5
普朗克常量 .
例3 如图6所示，当电键K断开时，用光子
对光学的研究
从很早就开始了… …
17世纪明确形成 了两大对立学说
牛顿 微粒说
由于波动说没有 数学基础以及牛 顿的威望使得微 粒说一直占上风
19世纪初证明了 波动说的正确性
19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说：光具有粒子性
惠更斯 波动说
三、光量子概念的提出 光电效应方程
爱因斯坦把普朗克的能量子概念推广到光电
二、光的波动说的困难
关于光的本性，历史上存在着粒子说与波动说的长期 的争论.18-19世纪，由于光的干涉、衍射现象的发现，光 的波动说在物理学中占据了主导地位.人们已经认识到光是 一种电磁波.
按照光的波动说，当光照射到金属表面时，金属中的 电子会从入射光中持续吸收能量，只有当能量积累到一定 量值时（按波动理论计算竟需要几分钟或更长的时间）.电 子才能从金属表面逃逸出来.显然，在光电效应问题上，光 的波动说遇到了巨大的困难.
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。
挑战自我
1、三种不同的入射光线甲、乙、丙分别照射在三种不同的
金属a、b、c上，均恰能使金属中逸出光电子。已知三种光
线的波长λ甲>λ乙>λ丙，则（ A ）
A、用三种入射光照射金属a ，均可发生光电效应 B、用三种入射光照射金属c ，均可发生光电效应 C、用入射光甲和乙同时照射金属c，可能发生光电效应 D、用入射光甲照射金属b ，可能发生光电效应
4.2 光电效应与光的量子说
一、光电效应ห้องสมุดไป่ตู้
19世纪末，人们发现当光照射在金属表面 上时，金属中的电子会因吸收光的能量而溢出
金属表面，这种现象称为光电效应.
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.
1. 光电效应实验
阳
极
光线经石英窗照在阴极上，便 有电子逸出---光电子。
A
W 石英窗
K
阴
极
G
光电子在电场作用下形成光电流。
V
2.尝试解释光电效应现象
为什么在紫外线的照射下锌板中的电子会 跑出来呢？
改用其它的光来照射会不会照射出电子？ 改变照射光的强弱会不会影响光电子量？ 改用其他的材料会不会射出电子？ ……
勒纳德等人通过实验得出以下结论：
2、光电效应的实验规律： （1）存在 ___电流。在一定的光照条件下，随着所加 电压的__ _，光电流趋于一个饱和值，入射光越强， 饱和电流__ _，即入射光越强时，单位时间内发射的 光电子数目_ _。（2）存在着____ __电压和__ ____频率。只有施加___ ___电压且达到某一值时才 会使光电流为零，这一电压称为_ ___电压，______ 电压的存在说明光电子具有一定的____。 （3）效应具有______。当入射光频率超过截止频率ν0 时，无论光怎样微弱，产生电流的时间不超过______， 光电效应几乎是瞬时的。 3、使电子从金属中逸出所需做功的___ _ _叫做这种 金属的逸出功，不同金属的逸出功__ __。
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0.6 V时，电流表读数
仍不为零.当电压表读数大于或等于0.6 V时， 图6 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
解析 由题意知光电子的最大初动能为
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
4、若用绿光照射某种金属板不能发生光电效应，则下列哪一
种方法可能使该金属发生光电效应（ C ）
A. 增大入射光的强度
B. 增加光的照射时间
C. 改用黄光照射
D. 改用紫光照射
5、在光电效应实验中 （1）如果入射光强度增加，将产生什么结果？ （2）如果入射光频率增加，将产生什么结果？
效应的研究中，提出了光量子概念，简称光子.
1、爱因斯坦的光量子假说
在空间传播的光不是连续的而是一份一份的， 每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成 正比。即:ε=hν ，ν表示光的频率，h叫普朗克常 量，h＝6.63×10-34焦耳·秒
2.爱因斯坦光电效应方程
在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，
一部分消耗在电子逸出功W，另一部分变为光电子
逸出后的动能 1 mv2.由能量守恒可得：
2
h
1 2
mv2
W0
W 为电子逸出金属表面所需做的功，叫逸出功；
0
1 mv2 为光电子的最大初动能。 2
讨论：12 mv2 与遏止电压的关系？
(2)光电效应方程包含了产生光电效应的条件.
若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，
Ek＝eU＝0.6 eV 所以根据光电效应方程
Ek＝hν－W 可得W＝hν－Ek＝(2.5－0.6) eV＝1.9 eV. 答案 A
返回
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
美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应” 实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论 值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。
答：（1）当入射光频率高于截止频率时，光强 增加，发射的光电子数增多；当入射光频率低 于截止频率时，无论光强怎么增加，都不会有 光电子发射出来。
（2）入射光的频率增加，发射的光电子最 大初动能增加。
2、用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电子从阴
极逸出时的最大初动能增大应（ D ）
A．改用红光照射
B．增大绿光的强度
C．增大光电管上的加速电压
D．改用紫光照射
3、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，验电器指针张开一
个角度，如图所示，这时 ( B )
W
W
即Ek＝hν－W>0，亦即hν> W，ν> h ＝ν0，而ν0＝ h 恰
好是光电效应的截止频率.
(3)Ekm－ν曲线.如图5所示是光电子最大初 动能Ekm随入射光频率ν的变化曲线.这里， 横轴上的截距是 截止频率或极限频率 ；
纵轴上的截距是 逸出功的负值 ；斜率为
图5
普朗克常量 .
例3 如图6所示，当电键K断开时，用光子
对光学的研究
从很早就开始了… …
17世纪明确形成 了两大对立学说
牛顿 微粒说
由于波动说没有 数学基础以及牛 顿的威望使得微 粒说一直占上风
19世纪初证明了 波动说的正确性
19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说：光具有粒子性
惠更斯 波动说
三、光量子概念的提出 光电效应方程
爱因斯坦把普朗克的能量子概念推广到光电
二、光的波动说的困难
关于光的本性，历史上存在着粒子说与波动说的长期 的争论.18-19世纪，由于光的干涉、衍射现象的发现，光 的波动说在物理学中占据了主导地位.人们已经认识到光是 一种电磁波.
按照光的波动说，当光照射到金属表面时，金属中的 电子会从入射光中持续吸收能量，只有当能量积累到一定 量值时（按波动理论计算竟需要几分钟或更长的时间）.电 子才能从金属表面逃逸出来.显然，在光电效应问题上，光 的波动说遇到了巨大的困难.
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。
挑战自我
1、三种不同的入射光线甲、乙、丙分别照射在三种不同的
金属a、b、c上，均恰能使金属中逸出光电子。已知三种光
线的波长λ甲>λ乙>λ丙，则（ A ）
A、用三种入射光照射金属a ，均可发生光电效应 B、用三种入射光照射金属c ，均可发生光电效应 C、用入射光甲和乙同时照射金属c，可能发生光电效应 D、用入射光甲照射金属b ，可能发生光电效应