高中物理 第四章 波粒二象性 第2节 光电效应与光的量子说 教科版选修3-5
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
问题4：为了解释光电效应的实验规律 爱因斯坦提出了光的量子说，其内容是 什么？是如何解释的？
量子假说 光子：
普朗克的量子假说：
在微观世界里，物理量的取值很多时候 是不连续的，只能取一些分立的值，这称为 量子化现象。
爱因斯坦的光子假说：
在空间传播的光不是连续的，而是一份 一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子， 光子的能量E 跟光的频率ν成正比。
波动理论对光电效应的解释的困难：
波动理论
困难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），总可 以使电子获得足够的能量从 而发生光电效应
困难2 光强越大，电子可获得更多 能量，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
会变大。。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
小结：光电效应与光电流：
物体在光的照射下发射电子 的现象叫光电效应，发射出来的 电子叫光电子。
光电管就是利用光电效应制成 的一种光学元件，它的作用是把光 信号转变为电信号
由于光电效应 在电路中形成的电 流叫光电流。
学习活动二 光电效应的实验规律
问题2：光电效应的实验得出了 哪些规律？
物理学的贡献获得1921
年诺贝尔物理学奖
。
密立根由于研究基本电荷和 光电效应，特别是通过著名 的油滴实验，证明电荷有最 小单位。获得1923年诺贝 尔物理学奖
部分金属的极限频率和波长
金属
铯钠锌银铂
波长 （μm） 0.660 0 0.500 0 0.372 0 0.260 0 0.196 2
频率
4.545 6.000 8.065 1.153 1.529
爱因斯坦对光电效应的解释： 1. 光强大，光子数多，释放的光电子也
多，所以光电流也大。 2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属
表面逸出，所以不需时间的累积。
3. 从方程可以看出光电子初动能和照射 光的频率成线性关系
4.从光电效应方程中，当初动能为零时， 可得极极限频率：
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。
①只有当入射光的频率高于某一 频率v0时才能发生光电效应，把 这一频率v0叫极限频率
②单位时间内发射的光电子数目跟入射光的强度成 正比
③光电子的最大初动能只跟入射光的强度无关，它 随入射光的频率增大而增大
④光电效应发生时间非常短暂，几乎不需要时间
学习活动三．光电效应解释中 的疑难
问题3：光电效应的实验规律与 经典电磁理论产生了什么矛盾？
Biblioteka Baidu
二、光量子概念的提出、光电效应方程
1．光子说：爱因斯坦提出，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__．_
2．光子的能量ε＝hν，其中ν指光的_频__率__．_光 电效应显示了光的_粒__子__性__．
3．光电效应方程：__h_ν_＝__m_v_2_＋__W___ 4．光的量子说能很好地解释光电效应现象．
（Hz） ×1014 × 1014 × 1014 × 1014 × 1014
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。
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。
爱因斯坦由于对光电效
应的理论解释和对理论
V
Uc称遏止电压。
1m v2 2 ec
eUc
K阴
极
G
光电效应的实验规律
光电效应实验装置 光电效应伏安特性曲线
I
阳A
K阴
极
极
遏
止
电
G
压
V
光强较弱
Uc
O
U
光电效应的实验规律
光电效应实验装置 光电效应伏安特性曲线
阳A
极
V
I
K阴
极
饱
光强较强
和
遏 止
电I s
流
电
光强较弱
G
压
U
O
U
a
光电效应的规律：
光电效应的实验规律：
光子的能量 E＝hν 其中h是一个常量，叫普朗克常量：
h=6.63×10－34J.s
光电方程 光子说对光电效应的解释：
使金属表面的电子能挣脱原子核的引力而逸出 成为光电子所需做的功叫逸出功
Wh0
在光电效应中，入射光的能量等于出射的光电 子的最大初动能与逸出功之和：
即： hEkmW或 EkmhW
这叫爱因斯坦光电效应方程，简称光电方程
问题1：人类对光的本性的认识 的发展经历了哪些主要过程？
小结：人类对光的本性认识的历史进程：
微粒说：认为光是一种粒子 代表人物：牛顿
波动说：认为光是一种波 代表人物：惠更斯
光的电磁说：光是电磁波 提出者：麦克斯韦
学习活动一．认识光电效应
实验：光电效应现象
用弧光灯照射擦得很 亮的锌板，(注意用导 线与不带电的验电器 相连），使验电 器张 角增大到约为 30度时， 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
第二节 光电效应与光的量子说
自主学习
一、光电效应、光的波动说的困难 1．定义：光照射在金属表面上时，金属中的电 子因吸收光的能量而逸出金属表面的现象．
2．光电效应的特征 (1)任何金属均存在截止频率(极限频率)，只有 __超__过____截止频率，才能引起光电效应． (2)发生光电效应时，光电流的大小由_光__强___决定， _____光_越强大，光电流越大． (3)光电子的最大初动能与入射光的频率成_线__性__ 关系． (4)光电效应具有瞬时性，发生时间不超过10－9 s. 3．光的波动说无法解释光电效应现象．
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
遏止电压
则光将电换子向离开开关阴反极接后，将电受场反反向向电，阳极 A 场阻碍作用。
当 K、A 间加反向电压，光
电子克服电场力作功，当电压达
到某一值 Uc 时，光电流恰为0。
困难3 光强大时，电子能量积累的 时间就短，光强小时，能量 积累的时间就长
光电效应实验结果 如果ν﹤ ν0，无论光 强有多大，都不能发生 光电效应，光能应由光 频率来决定
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
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
学习活动四：爱因斯坦的光量子假设
量子假说 光子：
普朗克的量子假说：
在微观世界里，物理量的取值很多时候 是不连续的，只能取一些分立的值，这称为 量子化现象。
爱因斯坦的光子假说：
在空间传播的光不是连续的，而是一份 一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子， 光子的能量E 跟光的频率ν成正比。
波动理论对光电效应的解释的困难：
波动理论
困难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），总可 以使电子获得足够的能量从 而发生光电效应
困难2 光强越大，电子可获得更多 能量，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
会变大。。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
小结：光电效应与光电流：
物体在光的照射下发射电子 的现象叫光电效应，发射出来的 电子叫光电子。
光电管就是利用光电效应制成 的一种光学元件，它的作用是把光 信号转变为电信号
由于光电效应 在电路中形成的电 流叫光电流。
学习活动二 光电效应的实验规律
问题2：光电效应的实验得出了 哪些规律？
物理学的贡献获得1921
年诺贝尔物理学奖
。
密立根由于研究基本电荷和 光电效应，特别是通过著名 的油滴实验，证明电荷有最 小单位。获得1923年诺贝 尔物理学奖
部分金属的极限频率和波长
金属
铯钠锌银铂
波长 （μm） 0.660 0 0.500 0 0.372 0 0.260 0 0.196 2
频率
4.545 6.000 8.065 1.153 1.529
爱因斯坦对光电效应的解释： 1. 光强大，光子数多，释放的光电子也
多，所以光电流也大。 2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属
表面逸出，所以不需时间的累积。
3. 从方程可以看出光电子初动能和照射 光的频率成线性关系
4.从光电效应方程中，当初动能为零时， 可得极极限频率：
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。
①只有当入射光的频率高于某一 频率v0时才能发生光电效应，把 这一频率v0叫极限频率
②单位时间内发射的光电子数目跟入射光的强度成 正比
③光电子的最大初动能只跟入射光的强度无关，它 随入射光的频率增大而增大
④光电效应发生时间非常短暂，几乎不需要时间
学习活动三．光电效应解释中 的疑难
问题3：光电效应的实验规律与 经典电磁理论产生了什么矛盾？
Biblioteka Baidu
二、光量子概念的提出、光电效应方程
1．光子说：爱因斯坦提出，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__．_
2．光子的能量ε＝hν，其中ν指光的_频__率__．_光 电效应显示了光的_粒__子__性__．
3．光电效应方程：__h_ν_＝__m_v_2_＋__W___ 4．光的量子说能很好地解释光电效应现象．
（Hz） ×1014 × 1014 × 1014 × 1014 × 1014
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。
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。
爱因斯坦由于对光电效
应的理论解释和对理论
V
Uc称遏止电压。
1m v2 2 ec
eUc
K阴
极
G
光电效应的实验规律
光电效应实验装置 光电效应伏安特性曲线
I
阳A
K阴
极
极
遏
止
电
G
压
V
光强较弱
Uc
O
U
光电效应的实验规律
光电效应实验装置 光电效应伏安特性曲线
阳A
极
V
I
K阴
极
饱
光强较强
和
遏 止
电I s
流
电
光强较弱
G
压
U
O
U
a
光电效应的规律：
光电效应的实验规律：
光子的能量 E＝hν 其中h是一个常量，叫普朗克常量：
h=6.63×10－34J.s
光电方程 光子说对光电效应的解释：
使金属表面的电子能挣脱原子核的引力而逸出 成为光电子所需做的功叫逸出功
Wh0
在光电效应中，入射光的能量等于出射的光电 子的最大初动能与逸出功之和：
即： hEkmW或 EkmhW
这叫爱因斯坦光电效应方程，简称光电方程
问题1：人类对光的本性的认识 的发展经历了哪些主要过程？
小结：人类对光的本性认识的历史进程：
微粒说：认为光是一种粒子 代表人物：牛顿
波动说：认为光是一种波 代表人物：惠更斯
光的电磁说：光是电磁波 提出者：麦克斯韦
学习活动一．认识光电效应
实验：光电效应现象
用弧光灯照射擦得很 亮的锌板，(注意用导 线与不带电的验电器 相连），使验电 器张 角增大到约为 30度时， 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
第二节 光电效应与光的量子说
自主学习
一、光电效应、光的波动说的困难 1．定义：光照射在金属表面上时，金属中的电 子因吸收光的能量而逸出金属表面的现象．
2．光电效应的特征 (1)任何金属均存在截止频率(极限频率)，只有 __超__过____截止频率，才能引起光电效应． (2)发生光电效应时，光电流的大小由_光__强___决定， _____光_越强大，光电流越大． (3)光电子的最大初动能与入射光的频率成_线__性__ 关系． (4)光电效应具有瞬时性，发生时间不超过10－9 s. 3．光的波动说无法解释光电效应现象．
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
遏止电压
则光将电换子向离开开关阴反极接后，将电受场反反向向电，阳极 A 场阻碍作用。
当 K、A 间加反向电压，光
电子克服电场力作功，当电压达
到某一值 Uc 时，光电流恰为0。
困难3 光强大时，电子能量积累的 时间就短，光强小时，能量 积累的时间就长
光电效应实验结果 如果ν﹤ ν0，无论光 强有多大，都不能发生 光电效应，光能应由光 频率来决定
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
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
学习活动四：爱因斯坦的光量子假设