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课件 教科版选修3-5.ppt
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第二节 光电效应与光的量子说
1
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__强___越大，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．
会变大。。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
6
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。
7
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？
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？
14
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
效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。
20
爱因斯坦Leabharlann Baidu于对光电效
应的理论解释和对理论
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
21
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
光电效应的实验规律：
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
13
学习活动三．光电效应解释中 的疑难
3
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？
4
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
5
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
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
17
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
W h0
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
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
15
学习活动四：爱因斯坦的光量子假设
2
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．
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？
16
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。
频率
4.545 6.000 8.065 1.153 1.529
8
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
9
遏止电压
将换向开关反接，电场反向，阳极 A 则光电子离开阴极后将受反向电 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。
这叫爱因斯坦光电效应方程，简称光电方程
18
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：
19
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。
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
V
Uc称遏止电压。
1 2
m
v2
ec
eUc
K阴
极
G
10
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
K阴
极
遏
止
电
G
压
I
光强较弱
Uc
O
U
11
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
和
遏 止
电I s
流
电
光强较强 光强较弱
G
压
U
O
U
12
a
光电效应的规律：
1
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__强___越大，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．
会变大。。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
6
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。
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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？
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？
14
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
效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。
20
爱因斯坦Leabharlann Baidu于对光电效
应的理论解释和对理论
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
21
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
光电效应的实验规律：
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
13
学习活动三．光电效应解释中 的疑难
3
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？
4
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
5
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
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
17
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
W h0
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
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
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学习活动四：爱因斯坦的光量子假设
2
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．
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？
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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。
频率
4.545 6.000 8.065 1.153 1.529
8
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
9
遏止电压
将换向开关反接，电场反向，阳极 A 则光电子离开阴极后将受反向电 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。
这叫爱因斯坦光电效应方程，简称光电方程
18
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：
19
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。
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
V
Uc称遏止电压。
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K阴
极
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10
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
K阴
极
遏
止
电
G
压
I
光强较弱
Uc
O
U
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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
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饱
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流
电
光强较强 光强较弱
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光电效应的规律：