高中物理选修3-5光电效应课件
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高中物理选修3-5
《光的粒子性——光电效应》
蓟县燕山中学：赵志敏 史明星
教学目标
知识与技能： 1．通过实验了解光电效应的实验规律。2．知道爱因斯坦光 电效应方程以及意义。3．了解康普顿效应，了解光子的动 量 过程与方法： 经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探 究的方法研究物理问题，验证物理规律。 3、情感态度与价值观： 领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲， 乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。 【重点难点】 1、重点：光电效应的实验规律 2、难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义
二、光电效应解释中的疑难 三、爱因斯坦的光电效应方程 （1）光子： （2）爱因斯坦的光电效应方程 （3）光子说对光电效应的解释
练习 1.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，验电器的指针就张开 一个角度，如图所示， 这时( )B 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
W0 (1)只有当hν>W0时，才有光电 c h 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。 (4)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。
问题1：回顾前面的学习，总结人类
对光的本性的认识的发展过程？
光的波动说理论： 双缝干涉现象 单缝衍射现象
光是一种波
光的偏振现象
光是横波
光是电磁波
麦克期韦的电磁场 理论，赫兹的实验
认真观察下面的实验
点击下图视频图片开始播放
思考： 视频中 两个现 象产生 的原因
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。
效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。
小结
光的粒子性
一、光电效应的基本规律 1.光电效应现象 2.光电效应实验规律
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，光电流的强度与 入射光的强度成正比； 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.
光电子定向移动形成的电流叫光电流
2.光电效应现象的原理图及分析电路图
3.光电效应的实验规律
(1)、存在极限频率（截止频率）和极 限波长 入射光的频率低于 截止频率（或高于 极限波长)时不能发 生光电效应 不同金属的截止频 率不同
(2)光电子逸出具有瞬时性
当频率超过截止 频率时不论光怎 样微弱立刻产生 光电流。
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。 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电
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。 光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。 √ 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 ① 光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电 脱出来，必须克服这个引力做功。 压 UC应与光的强弱有关。 实验表明:对于一定颜色(频率)的光, ②不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获 无论光的强弱如何,遏止电压是一样的. 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， -9 这个时间远远大于10 S。
B.光是具有质量、能量和体积的物质微粒子 C.光子的能量跟它的频率成正比
D.光子客观并不存在，而是人为假设的
练习 4. 能引起人的视觉感应的最小能量为10-18J， 已知可见光的平均波长约为0.6m，则进入人眼 的光子数至少为 3 个，恰能引起人眼的感觉.
练习
5.关于光电效应下述说法中正确的是( D )
(3)存在着饱和电流
在光照条件不变 的情况下，在电 流较小时电流随 电压的增大而增 大，但电流增大 到一定值时，即 使电压再增大， 电流也不会再增 大了
(4)存在着反向遏止电压
反向遏止电压的 大小只与入射光 的频率有关
1 2 me vc eU c 2
4.光电效应解释中的疑难
逸出功W0
A.光电子的最大初动能随着入射光的强度增大 而增大 B.只要入射光的强度足够强，照射时间足够长， 就一定能产生光电效应 C.在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光 的频率无关 D.任何一种金属都有一个极限频率，低于这个 频率的光不能发生光电效应
练习 2.一束黄光照射某金属表面时，不能产 生光电效应，则下列措施中可能使该金 属产生光电效应的是( ) D A.延长光照时间 B.增大光束的强度 C.换用红光照射 D.换用紫光照射
练习 3.关于光子说的基本内容有以下几点，不正确 的是( B )
A.在空间传播的光是不连续的，而是一份一份 的，每一份叫一个光子
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 出后电子的初动能Ek，即：
或
1 2 Ek me vc ——光电子最大初动能 2 W0 ——金属的逸出功
h Ek W0 Ek h W0
6. 光子说对光电效应的解释
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。
5.爱因斯坦的光量子假设
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 爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到 的光的能量子为hν。这些能 了启发，他提出： 量子后来被称为光子。
E h
爱因斯坦的光子说
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
5.爱因斯坦的光量子假设
《光的粒子性——光电效应》
蓟县燕山中学：赵志敏 史明星
教学目标
知识与技能： 1．通过实验了解光电效应的实验规律。2．知道爱因斯坦光 电效应方程以及意义。3．了解康普顿效应，了解光子的动 量 过程与方法： 经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探 究的方法研究物理问题，验证物理规律。 3、情感态度与价值观： 领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲， 乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。 【重点难点】 1、重点：光电效应的实验规律 2、难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义
二、光电效应解释中的疑难 三、爱因斯坦的光电效应方程 （1）光子： （2）爱因斯坦的光电效应方程 （3）光子说对光电效应的解释
练习 1.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，验电器的指针就张开 一个角度，如图所示， 这时( )B 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
W0 (1)只有当hν>W0时，才有光电 c h 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。 (4)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。
问题1：回顾前面的学习，总结人类
对光的本性的认识的发展过程？
光的波动说理论： 双缝干涉现象 单缝衍射现象
光是一种波
光的偏振现象
光是横波
光是电磁波
麦克期韦的电磁场 理论，赫兹的实验
认真观察下面的实验
点击下图视频图片开始播放
思考： 视频中 两个现 象产生 的原因
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。
效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。
小结
光的粒子性
一、光电效应的基本规律 1.光电效应现象 2.光电效应实验规律
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，光电流的强度与 入射光的强度成正比； 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.
光电子定向移动形成的电流叫光电流
2.光电效应现象的原理图及分析电路图
3.光电效应的实验规律
(1)、存在极限频率（截止频率）和极 限波长 入射光的频率低于 截止频率（或高于 极限波长)时不能发 生光电效应 不同金属的截止频 率不同
(2)光电子逸出具有瞬时性
当频率超过截止 频率时不论光怎 样微弱立刻产生 光电流。
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。 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电
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。 光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。 √ 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 ① 光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电 脱出来，必须克服这个引力做功。 压 UC应与光的强弱有关。 实验表明:对于一定颜色(频率)的光, ②不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获 无论光的强弱如何,遏止电压是一样的. 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， -9 这个时间远远大于10 S。
B.光是具有质量、能量和体积的物质微粒子 C.光子的能量跟它的频率成正比
D.光子客观并不存在，而是人为假设的
练习 4. 能引起人的视觉感应的最小能量为10-18J， 已知可见光的平均波长约为0.6m，则进入人眼 的光子数至少为 3 个，恰能引起人眼的感觉.
练习
5.关于光电效应下述说法中正确的是( D )
(3)存在着饱和电流
在光照条件不变 的情况下，在电 流较小时电流随 电压的增大而增 大，但电流增大 到一定值时，即 使电压再增大， 电流也不会再增 大了
(4)存在着反向遏止电压
反向遏止电压的 大小只与入射光 的频率有关
1 2 me vc eU c 2
4.光电效应解释中的疑难
逸出功W0
A.光电子的最大初动能随着入射光的强度增大 而增大 B.只要入射光的强度足够强，照射时间足够长， 就一定能产生光电效应 C.在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光 的频率无关 D.任何一种金属都有一个极限频率，低于这个 频率的光不能发生光电效应
练习 2.一束黄光照射某金属表面时，不能产 生光电效应，则下列措施中可能使该金 属产生光电效应的是( ) D A.延长光照时间 B.增大光束的强度 C.换用红光照射 D.换用紫光照射
练习 3.关于光子说的基本内容有以下几点，不正确 的是( B )
A.在空间传播的光是不连续的，而是一份一份 的，每一份叫一个光子
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 出后电子的初动能Ek，即：
或
1 2 Ek me vc ——光电子最大初动能 2 W0 ——金属的逸出功
h Ek W0 Ek h W0
6. 光子说对光电效应的解释
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。
5.爱因斯坦的光量子假设
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 爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到 的光的能量子为hν。这些能 了启发，他提出： 量子后来被称为光子。
E h
爱因斯坦的光子说
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
5.爱因斯坦的光量子假设