光电效应的发现与三位诺贝尔物理学奖整理.ppt
《光电效应光子》课件
光子能量与电子能量之间的关系
光电效应：当光子照射到金属表面 时，电子吸收光子的能量，从金属 表面逸出
光电效应的发现推动了物 理学的发展
光电效应的发现对现代科 技产生了深远影响
光电效应的基本原理
光子与电子的相互作用
光电效应：光子与电子相互作用，使电子从原子中逸出 光子能量：光子能量必须大于电子的逸出功 光电子：电子从原子中逸出后形成的粒子 光电流：光电子形成的电流，用于测量光电效应
电子的能量变化
电子能量：电子吸收的光子能量等 于电子逸出金属表面所需的能量
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
光子能量：光子的能量与光的频率 成正比，与光的波长成反比
关系：光子能量必须大于电子逸出 金属表面所需的能量，光电效应才 能发生
光电效应的应用
太阳能电池的工作原理
光电效应：光子与电子相互作用，使电子获得能量并脱离 原子束缚
光电效应在信息领域的应用
光电效应在光电转换 中的应用：将光信号 转换为电信号，实现 信息的传输和处理
光电效应在光电检测 中的应用：利用光电 效应检测光信号，实 现对信息的检测和识 别
光电效应在光电显示 中的应用：利用光电 效应控制显示材料的 发光和熄灭，实现信 息的显示和呈现
光电效应在光电存储 中的应用：利用光电 效应实现信息的存储 和读取，提高信息的 存储密度和读取速度
光子与光电子学的发展趋势
添加标 题
大学物理《光电效应》精品课件
在一定频率的光照射下，电子从金属或金属 化合物表面逸出的现象称为光电效应，逸出的 电子称为光电子。由光电子形成的电流叫光电 流，使电子逸出某种金属表面所需的功称为该 种金属的逸出功。
•外光电效应
由于金属表面的电子吸收外界的光子，克服金属的束缚而逸出金属表面 的现象。
量子”理论的正确。
实验内容
1、测量I－U伏安特性曲线(3650A、4047A） 先测3650A的伏安特性曲线 顺时针旋转“电压调节”旋钮，使电压由-3V逐 渐升高到30V，观察光电流的变化（每隔1V记一 个电流值），记下一组I-U值，然后再将电压从 30V降到-3V。换上4047A的滤色片，再测一遍。 2、测量五个光频率的抬头电压 电压由-3V升高到6V，间隔1V测一个点。当电流 开始变化（急剧变化）时细测几个点（间隔0.1V 或0.2V）。电流起始点所对应的电压值为反向遏 止电压，即抬头电压。
光子的能量和频率成正比：
E h
h 6.631034 J·s
爱因斯坦对光电效应的解释(1905年）
光束由光子构成，频率为v的光束，光子能量为 E h
当光子照到金属表面时，其能量一次为金属中的电子全部吸收， 而不需积累能量的时间。
电子把这能量的一部分用来克服金属表面对它的束缚而作功，余 下的就成为电子离开金属表面后的动能。
和值；对于不同的光强，饱和电流与光强成正比。
（3）当加反向电压时，存在遏止电压，遏止电压的大小反映
光电子初动能的大小。截止电压U0 与入射光频率具有线性关
系。
E k max
1 2
mv
2
e|
U0
|
（4）光电效应是瞬时效应。当光照射到金属表面时， 几乎立即就有光电子逸出，不超过10–9秒。
光电效应-PPT
放出来，使产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，能量以γ光子的
形式辐射出来，因此，γ射线经常是伴随α射线和β射线产生的。设t时间后放
射性元素的质量均为m，由衰变规律知：
。
m
m
A
(
1 2
)
t T1
mB(
1
t
)T2
,
mA
2 mB
2T2 T1
12
热点五 核反应方程
【例5】［2009年高考天津理综卷］下列说法正确的是( B D )
10
热点三 氢原子光谱
【例3】在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n=2能级发 出的谱线属于巴耳末线系。若一群氢原子自发跃迁时发 出的谱线中只有2条属于巴耳末线系，则这群氢原子自发
跃迁时最多可发出_6__条不同频率的谱线。
【解析】由于这群氢原子自发跃迁 发出的谱线中只有2条属于巴耳末线系， 故可判断这群氢原子的最高能级为n=4， 画出氢原子谱线示意图(如图3.5-3-2所示 )可知，这群氢原子自发跃迁时最多可 发出6条不同频率的谱线。
0 1
e
)和2个中微
(2)研究表明，银河系的年龄约为t=3.8×1017 s，每秒钟银河系产生的能量约为1×1037 J(即P＝
1×1037 J/s)。现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量(最后结果
保留一位有效数字)；
(3)根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断。(可能用到的数据：银河系质量约为
N
N
0
(
1 2
t
)
,m
m0
(
1 2
t
)
6
要点六 核能的产生和计算
1.核能的计算方法
历届诺贝尔物理学奖
历届诺贝尔物理学奖历届诺贝尔物理学奖1901年威尔姆·康拉德·伦琴（德国人）发现X 射线1902年亨德瑞克·安图恩·洛伦兹、P. 塞曼（荷兰人）研究磁场对辐射的影响1903年安东尼·亨利·贝克勒尔（法国人）发现物质的放射性皮埃尔·居里（法国人）、玛丽·居里（波兰人）从事放射性研究1904年J.W.瑞利（英国人）从事气体密度的研究并发现氩元素1905年P.E.A.雷纳尔德（德国人）从事阴极线的研究1906年约瑟夫·约翰·汤姆生（英国人）对气体放电理论和实验研究作出重要贡献1907年 A.A.迈克尔逊（美国人）发明了光学干涉仪并且借助这些仪器进行光谱学和度量学的研究1908年加布里埃尔·李普曼（法国人）发明了彩色照相干涉法（即李普曼干涉定律）1909年伽利尔摩·马可尼（意大利人）、K . F. 布劳恩（德国人）开发了无线电通信O.W.理查森（英国人）从事热离子现象的线的多普勒效应以及电场作用下光谱线的分裂现象1920年 C.E.纪尧姆（瑞士人）发现镍钢合金的反常现象及其在精密物理学中的重要性1921年阿尔伯特·爱因斯坦（美籍犹太人）发现了光电效应定律等1922年尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔（丹麦人）从事原子结构和原子辐射的研究1923年R.A.米利肯从事基本电荷和光电效应的研究1924年K.M.G.西格巴恩（瑞典人）发现了X 射线中的光谱线1925年詹姆斯·弗兰克、G.赫兹（德国人）发现原子和电子的碰撞规律1926年J.B.佩兰（法国人）研究物质不连续结构和发现沉积平衡1927年阿瑟·霍利·康普顿（美国人）发现康普顿效应（也称康普顿散射） C.T.R.威尔逊（英国人）发明了云雾室，能显示出电子穿过水蒸气的径迹1928年O.W 理查森（英国人）从事热离子现象的研究，特别是发现理查森定律1929年路易斯·维克多·德布罗意（法国人）发现物质波1930年 C.V.拉曼（印度人）从事光散方面的研究，发现拉曼效应1931年未颁奖1932年维尔纳·K.海森伯（德国人）创建了量子力学1933年埃尔温·薛定谔（奥地利人）、P.A.M.狄拉克（英国人）发现原子理论新的有效形式1934年未颁奖1935年J.查德威克（英国人）发现中子1936年V.F.赫斯（奥地利人）发现宇宙射线； C.D.安德森（美国人）发现正电子1937年 C.J.戴维森（美国人）、G.P.汤姆森（英国人）发现晶体对电子的衍射现象1938年 E.费米（意大利人）发现中子轰击产生的新放射性元素并发现用慢中子实现核反应1939年 E.O.劳伦斯（美国人）发明和发展了回旋加速器并以此取得了有关人工放射性等成果1940年~ 1942年未颁奖1943年O.斯特恩（美国人）开发了分子束方法以及质子磁矩的测量1944年I.I.拉比（美国人）发明了著名气核磁共振法1945年沃尔夫冈·E.泡利（奥地利人）发现不相容原理1946年P.W.布里奇曼（美国人）发明了超高压装置，并在高压物理学方面取得成就1947年 E.V.阿普尔顿（英国人）从事大气层物理学的研究，特别是发现高空无线电短波电离层（阿普尔顿层）1948年P.M.S.布莱克特（英国人）改进了威尔逊云雾室方法，并由此导致了在核物理领域和宇宙射线方面的一系列发现1949年汤川秀树（日本人）提出核子的介子理论，并预言介子的存在1950年 C.F.鲍威尔（英国人）开发了用以研究核破坏过程的照相乳胶记录法并发现各种介子1951年J.D.科克罗夫特（英国人）、E.T.S.沃尔顿（爱尔兰人）通过人工加速的粒子轰击原子，促使其产生核反应（嬗变）1952年 F.布洛赫、E.M.珀塞尔（美国人）从事物质核磁共振现象的研究并创立原子核磁力测量法1953年 F.泽尔尼克（荷兰人）发明了相衬显微镜1954年马克斯·玻恩在量子力学和波函数的统计解释及研究方面作出贡献W. 博特（德国人）发明了符合计数法，用以研究原子核反应和γ射线1955年W.E.拉姆（美国人）发明了微波技术，进而研究氢原子的精细结构P.库什（美国人）用射频束技术精确地测定出电子磁矩，创新了核理论1956年W.H.布拉顿、J.巴丁、W.B.肖克利（美国人）从事半导体研究并发现了晶体管效应1957年李政道、杨振宁（美籍华人）对宇称定律作了深入研究1958年P.A.切伦科夫、I.E.塔姆、I.M.弗兰克（俄国人）发现并解释了切伦科夫效应1959年 E .G. 塞格雷、O. 张伯伦（美国人）发现反质子1960年 D.A.格拉塞（美国人）发明气泡室，取代了威尔逊的云雾室1961年R.霍夫斯塔特（美国人）利用直线加速器从事高能电子散射研究并发现核子R.L.穆斯保尔（德国人）从事γ射线的共振吸收现象研究并发现了穆斯保尔效应1962年列夫·达维多维奇·朗道（俄国人）开创了凝集态物质特别是液氦理论1963年 E. P.威格纳（美国人）发现基本粒子的对称性以及原子核中支配质子与中子相互作用的原理M.G.迈耶（美国人）、J.H.D.延森（德国人）从事原子核壳层模型理论的研究1964年 C.H.汤斯（美国人）、N.G.巴索夫、A.M.普罗霍罗夫（俄国人）发明微波射器和激光器，并从事量子电子学方面的基础研究1965年朝永振一郎（日本人）、J. S . 施温格、R.P.费曼（美国人）在量子电动力学方面进行对基本粒子物理学具有深刻影响的基础研究1966年 A.卡斯特勒（法国人）发现和开发了把光的共振和磁的共振合起来，使光束与射频电磁发生双共振的双共振法1967年H.A.贝蒂（美国人）以核反应理论作出贡献，特别是发现了星球中的能源1968年L.W.阿尔瓦雷斯（美国人）通过发展液态氢气泡和数据分析技术，从而发现许多共振态1969年M.盖尔曼（美国人）发现基本粒子的分类和相互作用1970年L.内尔（法国人）从事铁磁和反铁磁方面的研究H.阿尔文（瑞典人）从事磁流体力学方面的基础研究1971年 D.加博尔（英国人）发明并发展了全息摄影法1972年J. 巴丁、L. N. 库柏、J.R.施里弗（美国人）从理论上解释了超导现象1973年江崎玲于奈（日本人）、I.贾埃弗（美国人）通过实验发现半导体中的“隧道效应”和超导物质 B.D.约瑟夫森（英国人）发现超导电流通过隧道阻挡层的约瑟夫森效应1974年M.赖尔、A.赫威斯（英国人）从事射电天文学方面的开拓性研究1975年 A.N. 玻尔、B.R.莫特尔森（丹麦人）、J.雷恩沃特（美国人）从事原子核内部结构方面的研究1976年 B. 里克特（美国人）、丁肇中（美籍华人）发现很重的中性介子–J /φ粒子1977年P.W. 安德林、J.H. 范弗莱克（美国人）、N.F.莫特（英国人）从事磁性和无序系统电子结构的基础研究1978年P.卡尔察（俄国人）从事低温学方面的研究 A.A.彭齐亚斯、R.W.威尔逊（美国人）发现宇宙微波背景辐射1979年谢尔登·李·格拉肖、史蒂文·温伯格（美国人）、A. 萨拉姆（巴基斯坦）预言存在弱中性流，并对基本粒子之间的弱作用和电磁作用的统一理论作出贡献1980年J.W.克罗宁、V.L.菲奇（美国人）发现中性K介子衰变中的宇称（CP）不守恒1981年K.M.西格巴恩（瑞典人）开发出高分辨率测量仪器N.布洛姆伯根、A.肖洛（美国人）对发展激光光谱学和高分辨率电子光谱做出贡献1982年K.G.威尔逊（美国人）提出与相变有关的临界现象理论1983年S.昌德拉塞卡、W.A.福勒（美国人）从事星体进化的物理过程的研究1984年 C.鲁比亚（意大利人）、S. 范德梅尔（荷兰人）对导致发现弱相互作用的传递者场粒子W±和Z 0的大型工程作出了决定性贡献1985年K. 冯·克里津（德国人）发现量了霍耳效应并开发了测定物理常数的技术1986年 E.鲁斯卡（德国人）在电光学领域做了大量基础研究，开发了第一架电子显微镜G.比尼格（德国人）、H.罗雷尔（瑞士人）设计并研制了新型电子显微镜——扫描隧道显微镜1987年J.G.贝德诺尔斯（德国人）、K.A.米勒（瑞士人）发现氧化物高温超导体1988年L.莱德曼、M.施瓦茨、J.斯坦伯格（美国人）发现μ子型中微子，从而揭示了轻子的内部结构1989年W.保罗（德国人）、H.G.德默尔特、N.F.拉姆齐（美国人）创造了世界上最准确的时间计测方法——原子钟，为物理学测量作出杰出贡献1990年J.I.弗里德曼、H.W.肯德尔（美国人）、理查德·E.泰勒（加拿大人）通过实验首次证明了夸克的存在1991年皮埃尔—吉勒·德·热纳（法国人）从事对液晶、聚合物的理论研究1992年G.夏帕克（法国人）开发了多丝正比计数管1993年R.A.赫尔斯、J.H.泰勒（美国人）发现一对脉冲双星，为有关引力的研究提供了新的机会1994年BN.布罗克豪斯（加拿大人）、C.G.沙尔（美国人）在凝聚态物质的研究中发展了中子散射技术2019年M.L.佩尔、F.莱因斯（美国人）发现了自然界中的亚原子粒子：Υ轻子、中微子2019年 D. M . 李（美国人）、D.D.奥谢罗夫（美国人）、理查德·C.理查森（美国人）发现在低温状态下可以无摩擦流动的氦- 32019年朱棣文（美籍华人）、W.D.菲利普斯（美国人）、C.科昂–塔努吉（法国人）发明了用激光冷却和俘获原子的方法2019年劳克林（美国）、斯特默（美国）、崔琦（美籍华人）发现了分数量子霍尔效应2019年H.霍夫特（荷兰）、M.韦尔特曼（荷兰）阐明了物理中电镀弱交互作用的定量结构. 2019年阿尔费罗夫（俄罗斯人）、基尔比（美国人）、克雷默（美国人）因其研究具有开拓性，奠定资讯技术的基础，分享今年诺贝尔物理奖。
《诺贝尔物理学奖》课件
2021年物理学奖得主
研究黑洞物理学的人物简介
2021年的物理学奖得主致力于研究黑洞物理学，通过他们的工作，我们对黑洞的性质和行 为有了更深入的理解。
研究成果简介
他们的研究成果包括对黑洞合并的观测和理论模拟，以及关于黑洞辐射和信息丢失问题的重 要贡献。
量子力学的发展和应用
量子力学解释了微观世界的行 为，并在现代技术中发挥着重 要作用，如量子计算和量子通 信。
大爆炸理论的提出
大爆炸理论是关于宇宙起源和 演化的主要理论，它揭示了宇 宙的起点和我们的宇宙观。
光电效应的解释
爱因斯坦的光电效应理论验证 了光的粒子性，并为量子力学 的发展奠定了基来物理学的热门研究方向 • 环境保护和能源问题的物理学应用 • 新材料和新技术的物理学研究
结语
物理学奖的意义和影响
诺贝尔物理学奖的颁发，不仅是对物理学家个人的肯定，也推动了科学的发展和人类对世界 的探索。
物理学家的追求和使命
作为物理学家，我们的使命是不断探索未知，推动科学进步，为人类的繁荣和进步做出贡献。
《诺贝尔物理学奖》PPT 课件
诺贝尔物理学奖是世界上最高荣誉的科学奖项之一。本课件将介绍诺贝尔物 理学奖的起源、评选标准、历年得主，以及一些重要的物理学成果和未来的 发展趋势。
诺贝尔物理学奖 - 简介
起源
诺贝尔物理学奖起源于瑞典发明家阿尔弗雷德·诺贝尔的遗嘱。他希望奖励为人类做出重大 贡献的物理学家。
评选标准
诺贝尔物理学奖的评选标准包括科学成就的重要性、原创性、影响力和可证明性。奖项通常 颁发给一个或多个人。
历年得主
自 1901 年开始颁发以来，诺贝尔物理学奖已经颁发给许多杰出的物理学家，他们的工作改 变了我们对世界的理解。
光电效应
eU0 = mV 2
补偿法 • 由于光电管的阳极反向电流、暗电流、本底电流的影 响，实测电流并非阴极电流，而是正向光电流、反向 光电流、本底电流和暗电流的代数和。实测曲线光电 流为零时所对应的电压并不是截止电压。 • 若在调节电压 U AK 使电流为零后，保持 U AK 不 变，遮挡汞灯光源，此时测得的电流 I 1 为电压接近 截止电压时的暗电流和本底电流。重新让汞灯照射光 电管，调节电压 U AK 使电流值至 I 1 ，将此时对 应的电压 U AK 的绝对值作为截止电压 U 0 。此法 可补偿暗电流和本底电流对测量结果的影响，故称之 为补偿法。
测量装置集锦
实验仪器
仪器结构图
1.汞灯电源，2.汞灯，3.滤光片，4.光阑，5.光电管， 6.光电效应测试仪，7.基座
光电效应实验仪主机
“电流量程”选择： 伏安特性测试时用 截止电压测试时用
10
10
−10
−13
A， A。
光电效应 检测装置
• 汞灯电源 汞灯箱 光电管暗箱 实验仪基座 滤色片
光电倍增管
可将光电流放大 10 倍, 被广泛用于弱光探测领域。
8
倍增效应
第一加速板
一
第三加速板
束
光
阴
极
第二加速板
一束光照到阴极，产生的电子经加速打到第一加速板 上，产生二次电子，再加速打到第二加速板上， 产生更 多的二次电子...，形成倍增效应。
实验原理
饱和光电流
用一定强度的光照射K，电流表中 有一定读数，这时增大K、A之间的电 压，电流表显示光电流在增大。 但当K、A间电压足够大后，电流表 读数不再改变，这就是饱和光电流。 光电效应中产生的光电子已全部到 达A极，所以升高电压、电流也不会再 增大。此时若增大照射光强度，光电流 会随之增大。(图中I-U曲线称为光电管 伏安特性曲线,曲线（2）的光强是曲线 （1）光强的一半。) 光电流大小（即电子数目）只决定于光的强度，与入射 光的强度成正比。
光电效应ppt课件
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10-9s.
三.光电效应解释中的疑难
温度不很高且没有光照时，电子能否大量逸出 金属表面？
不能。由于受到金属表面层内的一种引力作用， 电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个阻力做功。
逸出功W0
使电子脱离某种金属所做功的最小值，
叫做这种金属的逸出功.
光电效应显示了光的粒子性。光子不但具有能量， 也具有动量。
爱因斯坦由于对光电效
应的解释和对理论物理
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
练习 课本例题P34
分析 由上面讨论结果 h W0 eUc
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， 是光电效应的截止频率。
c
W就0
h
②电子1次只能吸收1个光子的全部能量，不能 积累能量，光电流几乎是瞬时发生的。
③光强较大时，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。
这些能量子后来被称为光子。
爱因斯坦的光子说
E h
四.爱因斯坦的光量子假说
1.光子：
2.爱因斯坦的光电效应方程
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 出后电子的最大初动能Ek，即：
h Ek W0
或 Ek h W0
Ek
1 2
me
vc2
——光电子最大初动能
光电效应的解释PPT课件
22
第22页/共67页
1900年10月19日普朗克在德国物理学会 议上报告了他的黑体辐射公式(这公式是他 “为了凑合实验数据而猜出来的”)。当天 ，两科学家发现此公式和实验符合很好，并 在第二天把这一喜讯告诉了普朗克。
这使普朗克决心“不惜一切代价找到一个 理论的解释”。经过两个月的日夜奋斗，他于 12月14日在德国物理学会上提出了他的假设。
2. 许多地物是较好的黑体近似( 在某些波段上)。
研究热辐射的规律时，特别注意黑体的辐射本领的研究。
8
第8页/共67页
用不透明材料做成有小孔的空腔，可看作黑体。如图所 示：从小孔射入黑体空腔中的电磁波，经多次反射吸收，强 度逐渐减弱，最后从小孔中反射出去的辐射能近似地为零。
现在研究黑体辐射
当空腔处于某一 温度T 时，也会有一 定的电磁波从小孔中 辐射出去，
实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度（T）、 辐射的波长、时间的长短、发射的面积。
3
第3页/共67页
研究：
在某个温度下，从物体一定表面积上发射的，在任何 一段波长范围内、单位时间内的辐射能（辐射功率）。
问题的焦点就是求出 辐射能与温度、波长之间的关系式。
引入物理量：单色辐射出射度：
设从物体单位表面积上发射的，波长在到+d范围 内的辐射功率为dM，dM和d的比值叫做该物体对 于波长的单色辐射出射度M（T）。
普郎克 面对单色辐出度与波长的关系的实验曲线，没 有从经典理论出发,而是发挥自己的数学才能，用数学表 达式来拟合这条曲线，从而获得理论公式（即寻求一个 数学表达式，在此公式代入相应的值后，所绘制出的曲 线与实验曲线相符） 。
17
第17页/共67页
《光电效应》课件
实验结果表明，当光的波长增 加时，光子的能量降低，电子 的动能减小，无光电子发射。
实验结果证明了爱因斯坦的光 电效应公式和光的粒子性理论 的正确性。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
03
光电效应的应用
太阳能电池
太阳能电池是利用光电效应将太 阳光转换为电能的装置。
太阳能电池的原理是当太阳光照 射在半导体材料上时，光子能量 激发电子从束缚状态进入自由状
光电材料的应用
新型光电材料在太阳能电池、光电传感器、光电器件等领域 具有广泛的应用前景。
光电转换效率的提高
光电转换技术
目前，光电转换技术正朝着高效、低 成本、环保的方向发展，以提高光电 转换效率。
光电转换效率的瓶颈
虽然光电转换效率已经取得了一定的 提高，但仍存在一些瓶颈，如光吸收 、载流子输运等问题需要解决。
光电效应的实验研究
实验目的和实验原理
实验目的
通过实验研究光电效应现象，深入理 解光子与物质相互作用的过程，探究 光电效应的规律。
实验原理
光电效应是指光子照射在物质表面时 ，光子能量被吸收后，物质内部的电 子吸收能量并从束缚状态跃迁至自由 状态，形成光电流的现象。
实验设备和实验步骤
实验设备：光电效应实验装置、光源、电流表 、电压表等。
当光子撞击物质表面时，能量被吸收并传递给电子，使电子获得足够的能量逃离物 质表面。
电子的发射机制包括逸出功和光子能量两个关键因素，逸出功是指电子从物质表面 逸出所需的最低能量，光子能量是指光子的能量值。
随着光子能量的增加，光电效应的发生概率增加，电子的动能也相应增加。
光电效应的实验验证
光电效应的发现与三位诺贝尔物理学奖
1 赫兹发现了光电效应现象
德国物理学家赫兹在检验麦克斯韦电磁理 论的实验中，偶然发现了光电效应，1887年 在《物理学年鉴》发表论文——论紫外线对 放电的影响。
2
勒纳德的实验和对光电效应的解释
著名匈牙利物理学家勒纳德为研究光 电效应设计了一种独特的测量方法，取得 了重大的成果。 ① 实验方法 首次提出了用反向电压推算电子逸出金 属表面的速率，即由外加反向电压求光电 子初动能的思想。
② 实验结果：
• • • • • •
弱红光照射 强红光照射 弱绿光照射 强绿光照射 弱紫光照射 强紫光照射 → → → → → → 无电子逸出； 无电子逸出； 少量电子逸出，速度为a； 大量电子逸出，速度为a； 少量电子逸出, 速度大于a； 大量电子逸出，速度大于a。
③ 规律总结：
1） 饱和光电流与入射光强成正比； 2与入射光的频率成正比， 2） 光电子 1 mv 2 与光强无关；
爱因斯坦于1921年获 得诺贝尔物理学奖.
密立根于1923年获得 诺贝尔物理学奖。
0
4、密立根的光电效应实验
1906年，美国物理学家密立根精心设计 了一套实验装置，用真空管排除干扰，精 确验证了爱因斯坦的光电效应方程，并首 次通过实验测定了普朗克常数： h=6.50×10-34，与理论值6.56×10-34符合很好。 1916年发表实验结果，全面的证实了爱因斯 坦光电效应方程，光量子理论才开始得到 承认。
为ν的光子的能量=h ν 。
②光电效应方程
爱因斯坦认为：当频率为ν的光照射到金属表 面时，光子的能量一次全部被电子吸收，电子获 得的能量一部分用来克服金属表面的束缚，剩余 能量为电子逸出的动能。按照能量守恒原理，爱 因斯坦预言： 1 2 2 mv =h ν -A h ν为电子从入射光中吸收的一个光子的能量，A 2为电子的初动能。 为逸出功，1 mv 2 1 产生光电效应需要 2 mv2≥0，h ν -A≥0，h ν ≥A， 即截止频率ν = A/ h。方程可圆满解释光电效应规 律
大学物理实验光电效应PPT课件
➢光电效应的瞬时性。实验发现，只要光 的频率高于金属的极限频率，光的亮度 无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的， 即几乎在照到金属时立即产生光电流。 响应时间不超过10-9秒（1ns）。
➢入射光的强度只影响光电流的强弱，即 只影响在单位时间单位面积内逸出的光 电子数目。在光频率不变的情况下，入 射光越强，饱和电流越大，即一定频率 的光，入射光越强，一定时间内发射的 电子数目越多。
再次试验：10年后密立根（）以精湛的实验技术验 证了爱因斯坦的光电效应方程。 获得成就：爱因斯坦和密立根主要因光电效 应方面的杰出贡献分别荣获1921年和1923年 的诺贝尔物理学奖。
光电效应的发现和解释极大推动了量子力学的发展！ 推动了现代科学技术的快速发展！ 使得人类生活发生极大的变化！
第5页/共32页
10光电效应现象的原理光电效应现象的原理量子解释爱因斯坦电子逸出动能电子逸出动能金属表面电子逸出功金属表面电子逸出功光子能量光子能量轨道能脱出功11光电效应现象的原理光电效应现象的原理量子解释爱因斯坦光电子的最大初动能入射到金属表面的光频率越高逸出的电子动能必然也越大所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极直至阳极电位低于某一数值时所有光电子都不能到达阳极光电流才为零
光电效应的应用
利用光电效应可以把光信号转变为 电信号，动作迅速灵敏，因此利用 光电效应制作的光电器件在工农业 生产、科学技术和文化生活领域内 得到了广泛的应用．光电管就是应 用最普遍的一种光电器件
电磁波（光） 电信号
✓ 光电器件（光敏管、光敏电阻、 光敏二极管、光敏三极管、光 敏组件、色敏器件、光敏可控 硅器件、光耦合器等光电器 件）。
《光电效应》课件2
05
光电效应的理论模型
光子与物质的相互作用
光子与物质中的原子 或分子相互作用，导 致电子从束缚态跃迁 至自由态。
光电效应的发生取决 于光的强度和光的波 长。
光的频率决定了光子 的能量，而光子的能 量决定了电子跃迁所 需的能量。
量子力学模型
量子力学模型描述了光与物质相互作 用的过程，解释了光电效应的产生机 制。
通过求解光电子的运动方程， 可以预测电子的能量、速度和 方向等性质。
06
光电效应的发展前景
新型光电材料的研究
新型光电材料的探索
科研人员正在不断探索新型光电材料 ，以寻找具有更高光电转换效率的物 质。
材料性能的优化
通过对现有光电材料的性能进行优化 ，提高其光电转换效率和稳定性，以 满足不同应用场景的需求。
当光子与物质中的原子或分子相互作 用时，光子的能量被原子或分子吸收 ，导致电子从束缚态跃迁至自由态。
量子力学模型认为光是由粒子（光子 ）组成的，每个光子具有能量和动量 。
光电子的运动方程
光电子的运动方程描述了电子 在光电效应中的运动状态和行 为。
光电子的运动方程包括电子的 动能、势能以及它们之间的相 互作用力。
光电子学是研究光子与电子相互作用的科学， 广泛应用于光通信、光计算、光传感等领域。
04
光电效应的实验研究
光电效应的实验设备
光源
提供光子，通常使用可见光、 紫外线和红外线等不同波长的
光源。
光电接收器
检测电子，通常使用光电倍增 管或硅光电池等设备。
电流表
测量产生的电流。
恒流电源和恒压电源
为光电接收器提供稳定的电流 或电压。
光电效应的实验步骤
准备实验器材
光电效应及其解释ppt课件
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.爱因斯坦的光电效应理论 以普朗克量子假说为基础
4.实验规律： （3）存在截止电压 Uc（遏止电压）
反向电压为Uc时，恰好减速阻止 所有光电子到达A板。 设光电子逸出最大初速度为
由图可知 和 UC 与光的频率有 关，与光强无关！ （4）光电效应具有瞬时性
光电效应的解释中的疑难
按照光的电磁理论，应得出以下结论：
①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 ；
5.1光电效应及其解释
普朗克的能量子说:
带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份地辐射或吸收的， 每一份叫做一个能量子，每一个能量子的能量
ε=hν
h为普朗克常量：h=6.626×10-34J·s
光的本质是什么？
光是电磁波，它能很好地解释光的干涉、 衍射等现象，但是，光的波动说并不能成功地 说明光的所有现象。早在1887年赫兹在做电磁 的实验时，就偶然发现了一个后来被称作光电 效应的现象，这个现象使光的波动说遇到了无 法克服的困难.
康普顿提效应进一步说明光具有粒子性
四.光的波粒二象性 1.光的波动性： 干涉，衍射,偏振
2.光的粒子性：
黑体辐射，光电效 应，康普顿效应
3.光具有波粒二象性 概率波
（1）大量光子体现波动性，少量光子体现粒子性
（2）波长越长，波动性越强，波长越短，粒子性 越强
2.光电效应方程
光电效应教学课件
光电效应中的动能定理 和反比例定律
解释与动能相关的重要公式， 以及光电子能量与频率的关系。
光电效应在物理学中的应用
1
光电效应在太阳能利用中的应用
探索如何利用光电效应将太阳能转化为可用能源。
2
光电效应在光电子学中的应用
探索光电子学领域中利用光电效应的种种应用，如光电探测和光电转换器件。
3
光电效应在原子物理学和量子力学中的应用
解释光电效应的两种观点， 帮助理解光与物质相互作 用的机制。
光电效应的实验装置 和原理
介绍实验中常用的装置和 测量原理，探索光子与电 子的相互作用过程。
光电效应的特点与规律
光电效应的特殊性质和 规律
深入研究光电效应的一些奇特 特性和遵循的物理规律。
光电效应中的一些重要 参数及其影响因素
探讨影响光电效应的参数，如 光强、波长和金属表面特性。
光电效应与其他物理现象的关系
光电效应与光谱学的关系
探讨光电效应与光谱学之间的 联系和相互作用。
光电效应与带电粒子的 运动类比
将光电效应与带电粒子的运动 进行对比和类比，加深理解。
光电效应与布拉格衍射 的对应关系
研究光电效应和布拉格衍射之 间的相似性及其在物理学中的 应用。
研究光电效应对原子结构和量子力学理论的重要影响。
光电效应实验
光电效应实验的基本 方法和注意事项
指导学生进行光电效应实 验时的基本步骤和实验注 意事项。
光电效应实验的数据 处பைடு நூலகம்和实验结果分析
教授如何处理实验收集到 的数据，并对实验结果进 行深入分析。
光电效应实验中的误 差与精度控制
介绍实验中常见误差来源 和如何控制误差，提高实 验精度。
光电效应课件新
光电管及光电流
A
二、合作学习:光电效应基本规律 猜想
实验1：在光照到光电管 的同时，观察电流表示 数的变化。
实验2：光照增强时，观察电
A
流表示数变化
实验3：用不同颜色（频率） 的光照射光电管
光电流的变化
实验结论：
能否产生光电效应与光的频率有关，与光的 强度和照射时间的长短无关。
当产生光电效应时，电路中的电流大小与光 的强度有关，光的强度越大，电流越大。
光电效应——最早是赫兹在19世纪初发现 的。
（课本26页）实验过 程及现象：紫外线灯 照射锌板的时同，静 电计张角张开。
你认为锌板为什么会带电？
实验表明：原来不带 电的锌板被紫外线照 射后带了正电，表明 电子在紫外线照射下 逸出了锌板表面。
光电效应现象微观情景探索：
光电效应：物体在光（包括不可见光）的照 射下发射电子的现象。发射出来的电子叫光 电子。
光电效应的实验规律：
1、任何一种金属都一个极限频率, 入射光的频 率必须大于这个频率, 才能产生光电效应; (能否发生光电效应,不取决于光强,只取决于入 射光的频率)
2、光电子的最大初动能与入射光的强度无关, 只随着入射光 频率的增大而增大
光电效应的实验规律：
1、任何一种金属都一个极限频率, 入射光的频 率必须大于这个频率, 才能产生光电效应; (能否发生光电效应,不取决于光强,只取决于入 射光的频率)
光子提供给电子的能量不足以克服
原子的束缚，就不能发生光电效应；
当
h 时 W，0 才有电子逸出
爱因斯坦对光电效应的解释:
（2）遏制电压与入射光的频率有关 而与强度无关
Ek
1 2
mv2
hv
光电效应
11
光电效应方程 Ek h W0
(1) Ek
Ek 为最大初动能， 1 me v 2 2
1 2 (2) me v eU c 2 (3)当Ek 0时， 入射光的频率为截止频率 c
W0 即 0 h W 所以 c c 0 h
(4)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量 的时间。
经典物理解释的困难：电子从金属中逸出要克服阻力作功。光 强越大，能克服阻力逸出金属表面的电子越多。故与光强成正 比。
光子假说 光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫 做一个光子，每一个光子所带能量=h，不同的频率 的光子具有不同的能量，h为普朗克常量。 根据光子理论 , 光电效应可解释如下 : 当金属中 一个自由电子从入射光中吸收一个光子后,就获得能 量h ,如果h 大于电子从金属表面逸出时所需的逸 出功W0,这个电子就从金属中逸出。
I
光强较强
光强较弱
Ua
O
U
光电效应伏安特性曲线（同种颜色）
（2）遏止电势差
光电子从金属表面逸出时具有一定的动能， 最大初动能与入射光的强度无关。
（3）极限频率v0 对于每一种金属，只有入射光的频率大于某一频率v0 时，才会产生光电流，这个频率称为极限频率。 （4）逸出功W0 电子脱离某种金属所做的功的最小值，叫做这种金 属的逸出功
k c
EK
Uc
ν
0 －W0
ν
0
ν0
Ek h W0 方程：
W0 h Uc 方程： e e
c 横轴截距：
纵轴截距： W0 斜率： h
c 横轴截距：
W0 纵轴截距：
斜率：h
e
e
康普顿效应
用X射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波 长会变长
光电效应ppt讲课文档
关，只随入射光频率的增大而增大 ．
第十二页，共28页。
思考
为什么说光的波动理论无法解释光电效应的规律？
第十三页，共28页。
光的波动 理论是怎样 描述光的能 量的呢？
光的波动理论描述光的能量 1、能量是连续的． 2、光强（振幅）越大，光能越大，光的能量与 频率无关．
普朗克
爱因斯坦
Eh
第十六页，共28页。
光子说 爱因斯坦在1905年提出，在空间中传播的
光也不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做 一个光量子，简称光子.
光子的能量和频率成正比：
Eh
第十七页，共28页。
爱因斯坦光电效应方程
逸出功：电子从金属中飞出时需要克服原 子核对它的吸引而做功，使电子脱离某种 金属所做功的最小值叫做这种金属的逸出 功。用 W 表示
第十四页，共28页。
波动理论在解释光电效应时的矛盾 1、波动理论无法解释极限频率． 2、光电子最大初动能的大小应与光强有关，与
频率无关 ．
3、弱光照射时应有能量积累过程，不应瞬时发生．
第十五页，共28页。
光的波动理论在解释光电 效应时遇到了巨大的困难。后 来，爱因斯坦在普朗克量子化 理论的启发下，提出了光子学 说．
验 低于这个值的光，无论光的强度怎样大，也不能产生光 结 电效应。
论
这一频率的界限叫做极限频率.
第六页，共28页。
1. 任何一种金属，都有一个极限频率
0 /Hz 0 /nm
几种金属的极限频率 0 和极限波长 0
铯
钾
锌
银
铂
4.55×1014 5.38×1014 8.07×1014 11.5×1014 15.3×1014
- 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)。
爱因斯坦于1921年获 得诺贝尔物理学奖.
密立根于1923年获得 诺贝尔物理学奖。
2
产生光电效应需要
1 2
mv2≥0，h
ν
-A≥0，h
ν
≥A，
即截止频率ν0 = A/ h。方程可圆满解释光电效应规
律
4、密立根的光电效应实验
1906年，美国物理学家密立根精心设计 了一套实验装置，用真空管排除干扰，精 确验证了爱因斯坦的光电效应方程，并首 次通过实验测定了普朗克常数： h=6.50×10-34，与理论值6.56×10-34符合很好。 1916年发表实验结果，全面的证实了爱因斯 坦光电效应方程，光量子理论才开始得到 承认。
首次提出了用反向电压推算电子逸出金 属表面的速率，即由外加反向电压求光电 子初动能的思想。
② 实验结果：
• 弱红光照射 → 无电子逸出； • 强红光照射 → 无电子逸出； • 弱绿光照射 → 少量电子逸出，速度为a； • 强绿光照射 → 大量电子逸出，速度为a； • 弱紫光照射 → 少量电子逸出, 速度大于a； • 强紫光照射 → 大量电子逸出，速度大于a。
③ 规律总结：
1） 饱和光电流与入射光强成正比；
2）
光电子
1 2
mv2与入射光的频率成正比，
与光强无关；
3）光电效应存在一个截止的ν0，当ν< ν0
时，无论光强如何， 均不产生光ν0 ，一
经光线照射，立刻产生光电子。
④ 理论解释：
1902年提出了触发假说：在电子发射的 过程中，光起的作用只是触发一种运动， 这种运动本来就以全速存在于物体的内部， 光只是起开闸作用，只要光的频率与电子 本身振动的频率相同，就触发出电子。
光电效应的发现与三位诺贝尔 物理学奖
1 赫兹发现了光电效应现象
德国物理学家赫兹在检验麦克斯韦电磁理 论的实验中，偶然发现了光电效应，1887年 在《物理学年鉴》发表论文——论紫外线对 放电的影响。
2 勒纳德的实验和对光电效应的解释
著名匈牙利物理学家勒纳德为研究光 电效应设计了一种独特的测量方法，取得 了重大的成果。 ① 实验方法
为ν的光子的能量=h ν 。
②光电效应方程
爱因斯坦认为：当频率为ν的光照射到金属表
面时，光子的能量一次全部被电子吸收，电子获
得的能量一部分用来克服金属表面的束缚，剩余
能量为电子逸出的动能。按照能量守恒原理，爱
因斯坦预言：
1 2
mv2=h
ν
-A
h ν为电子从入射光中吸收的一个光子的能量，A
为逸出功，1 mv2为电子的初动能。
勒纳德于1905年获得 诺贝尔物理学奖。
3、爱因斯坦的光量子理论及光电效应 方
程（1905年提出）
实验结果表明：光的速度即能量，与光的强度 无关，只与光的频率有关，二者成因果关系。大胆 提出“光量子假说”，比较亮的光线表明有更多的 光子，频率高的光意味着光子能量大。
① 光量子假说：——首次提出了“光子”的概念，光 能是以光量子的形式一份一份向外传递，对于频率