李志剛_光電效

光電效應,人教版選修3-5第十七章第2節(jié),中國人民大學附屬中學李志剛,赫茲實驗的“小火花”,1.光電效應：某些光照到金屬時,在金屬表面有電子逸出從而引起其電性質變化的現(xiàn)象。光電子:光電效應中逸出的電子。,照紫外線,逸出功W0：光電子從金屬表面逸出時克服阻力所做功的最小值。逸出功由金屬材料種類決定。,選擇好儀器，按如圖所示組建實驗裝置,進行實驗,演示實驗,材料哪些材料可以發(fā)生光電效應？同種材料會存在能發(fā)生光電效應的最低頻率或最低強度嗎？材料的逸出功與哪些因素有關？光電子從有光照到有電子逸出的時間間隔會與哪些因素有關呢？單位時間內逸出的電子數(shù)決定于哪些因素？光電流決定于哪些因素?電子逸出時的初動能會與哪些因素有關？存在動能的上限嗎？光光的頻率(波長)，強度哪些因素會影響到實驗結果？,材料哪些材料可以發(fā)生光電效應？同種材料會存在能發(fā)生光電效應的最低頻率或最低強度嗎？材料的逸出功與哪些因素有關？光電子從有光照到有電子逸出的時間間隔會與哪些因素有關呢？單位時間內逸出的電子數(shù)決定于哪些因素？光電流決定于哪些因素?電子逸出時的初動能會與哪些因素有關？存在動能的上限嗎？光光的頻率(波長)，強度哪些因素會影響到實驗結果？,實驗研究方向交流與討論,歷史上對光電效應特別感興趣的科學家代表勒納德,湯姆孫等),勒納德,光電效應規(guī)律進一步研究實驗方案,A陽極,K陰極,真空光電管,抽真空,陽極引腳,陰極引腳,光束,光電效應的研究內容及研究方案,觀察不同光強、不同頻率(顏色)有無電流,觀察有光照到有電流的時間間隔,觀察光電流,最大光電流,觀察遏止電壓,光電效應規(guī)律研究最終實驗裝置,電源反向,+,可加濾光片,如果你是穿越到1900年代的物理學家,持有以下觀點,預言實驗結果,經(jīng)典電磁波理論：電子可以持續(xù)不斷的吸收電磁波的能量，通常吸收的能量會被傳遞到其他部分，一旦能量可以持續(xù)地積累，電子就會成批地從金屬表面逸出。,光電效應規(guī)律研究最終實驗裝置,電源反向,+,可加濾光片,光電效應的經(jīng)典理論預測及實驗結果,*,*,*,*,*,*,*,*,觀察實驗并記錄實驗結果,與頻率、強度都有關,光強弱時需時t長,光強強需時t短,同頻率光,光強強,nt大,飽和光電流大,同頻率光,光強強,光照時間長,逸出電子的Ekm大,遏止電壓大,*,*,*,*,觀察實驗并記錄實驗結果,不同強度的光,都能有光電子逸出,t與強度有關,光強弱時需時t長,光強強需時t短,同頻率光,光強強,nt大,飽和光電流大,同頻率光,光強強,光照時間長,逸出電子的Ekm大,遏止電壓大,光越強，飽和電流越大,材料一定時,光電子能量只與入射光顏色(頻率)有關,與光強無關,存在某一頻率(截止頻率),高于截止頻率,低于截止頻率,即使施加正向電壓,也沒有光電流,即使入射光強度很小,t仍很短,10-9s,經(jīng)典理論與實驗結果的比較,光越強,飽和電流越大,材料一定時,光電子能量只與入射光顏色(頻率)有關,與光強無關,低于截止頻率,不施加電壓,也沒有光電流,無論入射光怎么微弱，時間間隔10-9s,光越強,單位時間發(fā)射電子數(shù)越多,飽和電流越大,同材料,光越強,時間越長,電子逸出時Ekm越大,遏止電壓越大,只要時間足夠長,都能發(fā)生光電效應,不存在截止頻率,若光很弱,得有足夠時間,電子才能出來,愛因斯坦對光電效應的解釋,關于光的產(chǎn)生和轉化的一個試探性觀點,光的能量并不是如經(jīng)典模型所假設的那樣均勻的分布與波前，而是不連續(xù)的由有限數(shù)目的能量子所組成。從一點發(fā)出的光線傳播時，能量是不連續(xù)分布的，而且是由一個數(shù)目有限的局限于空間的能量子(E=hv)所組成，它們在運動中不瓦解，并且只能整個地被吸收或發(fā)射。,設金屬的逸出功為W0,試根據(jù)能量守恒定律寫出愛因斯坦解釋下，逸出電子的最大初動能,？,光越強,單位時間到達鋅板光子數(shù)較多,單位時間產(chǎn)生的光電子數(shù)多,飽和電流大,存在遏止電壓,且對同種材料、相同入射光顏色，遏止電壓與光強無關;,存在截止頻率,同一材料,高于截止頻率總有光電流,低于截止頻率沒有光電流,電子一次性吸收光子全部能量,不需要積累,光越強，飽和電流越大,材料一定時,光電子能量只與入射光顏色(頻率)有關,與光強無關,低于截止頻率,不施加電壓,也沒有光電流,無論入射光怎么微弱，時間間隔10-9s,？,密立根的實驗(1907-1916),密立根,如何驗證愛因斯坦的方程正確與否？,作UC-圖象,將愛因斯坦方程得出的h值與普朗克通過黑體輻射計算的值比較,Uc/V,下表是按照密立根的方法進行實驗時得到的某金屬的UC和的幾組數(shù)據(jù).,5.5,6,6.5,7,5,4.5,4,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,/(1014Hz),試作出UC-圖象并通過圖象求出：(1)這種金屬的截止頻率;(2)普朗克常量,C=4.27x1014Hz,h=6.30 x10-34Js,愛因斯坦由于對光電效應的理論解釋和對理論物理學的貢獻獲得1921年諾貝爾物理學獎,密立根由于研究基本電荷和光電效應，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學獎,創(chuàng)新,求實,小結,1.光電效應：某些光照到金屬時,在金屬表面有電子逸出從而引起其電性質變化的現(xiàn)象。2.實驗裝置和結果：存在飽和光電流存在遏止電壓存在截止頻率光照有光電子逸出時間間隔為10-9s3.光電效應方程:4.基本概念：光電子，逸出功，光子，最大初動能，截止頻率，遏止電壓,作業(yè)：關于光電效應現(xiàn)象的拓展思考,電子一次只吸收一個光子嗎？吸收一個光子的概率有多大？只有金屬