光電效應(yīng)課件

17.2《科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性》2021/5/91用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線(xiàn)與不帶電的驗(yàn)電器相連），則發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器張角增大，再用與絲綢磨擦過(guò)的玻璃棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。說(shuō)明鋅板帶正電。一、光電效應(yīng)現(xiàn)象表明鋅板在射線(xiàn)照射下失去電子而帶正電2021/5/92用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線(xiàn)與不帶電的驗(yàn)電器相連），使驗(yàn)電器張開(kāi)一定角度，再用與絲綢磨擦過(guò)的玻璃棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。。表明鋅板在射線(xiàn)照射下失去電子而帶正電一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律2021/5/931.什么是光電效應(yīng)

當(dāng)光線(xiàn)（包括不可見(jiàn)光）照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱(chēng)為光電效應(yīng)。逸出的電子稱(chēng)為光電子。一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電流2021/5/942勒納德等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：①對(duì)于任何一種金屬，都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)頻率就不能發(fā)生光電效應(yīng)；②當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，入射光越強(qiáng)，飽和光電流就越大；③光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大；④入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10-9秒.

一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律2021/5/95一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的解釋?zhuān)?）存在飽和光電流光照不變，增大UAK，G表中電流達(dá)到某一值后不再增大，即達(dá)到飽和值。因?yàn)楣庹諚l件一定時(shí)，K發(fā)射的電子數(shù)目一定。實(shí)驗(yàn)表明：入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。陽(yáng)極陰極2021/5/96：使光電流減小到零的最小反向電壓－++++++

一一一一一一v加反向電壓，如右圖所示：光電子所受電場(chǎng)力方向與光電子速度方向相反，光電子作減速運(yùn)動(dòng)。若最大的初動(dòng)能U=0時(shí)，I≠0，因?yàn)殡娮佑谐跛俣葎tI=0，式中UC為遏止電壓一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(2)存在遏止電壓和截止頻率a.存在遏止電壓UCEEUFKA2021/5/97UaOU光電效應(yīng)伏安特性曲線(xiàn)遏止電壓飽和電流一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律IIs黃光（強(qiáng)）黃光（弱）蘭光Ub(2)存在遏止電壓和截止頻率陽(yáng)極陰極（強(qiáng)）2021/5/98實(shí)驗(yàn)表明:對(duì)于一定顏色(頻率)的光,無(wú)論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓是一樣的.光的頻率

改變時(shí)，遏止電壓也會(huì)改變。一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(2)存在遏止電壓和截止頻率a.存在遏止電壓UC光電子的最大初動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。陽(yáng)極陰極2021/5/99經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)：一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律b.存在截止頻率c對(duì)于每種金屬，都相應(yīng)確定的截止頻率c。

當(dāng)入射光頻率

>c

時(shí)，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率

<c時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大也無(wú)電子逸出金屬表面。(2)存在遏止電壓和截止頻率陽(yáng)極陰極2021/5/910實(shí)驗(yàn)結(jié)果：即使入射光的強(qiáng)度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉(zhuǎn)。更精確的研究推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過(guò)的時(shí)間不超過(guò)10－9秒（這個(gè)現(xiàn)象一般稱(chēng)作“光電子的瞬時(shí)發(fā)射”）。光電效應(yīng)在極短的時(shí)間內(nèi)完成一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(3)具有瞬時(shí)性陽(yáng)極陰極2021/5/911

以上三個(gè)結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾的，所以無(wú)法用經(jīng)典的波動(dòng)理論來(lái)解釋光電效應(yīng)。逸出功W0使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功。光越強(qiáng)，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。①光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能應(yīng)該越大，所以遏止電壓UC應(yīng)與光的強(qiáng)弱有關(guān)。②不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率。③如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時(shí)間才能獲得逸出表面所需的能量，這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10S。-9√實(shí)驗(yàn)表明:對(duì)于一定顏色(頻率)的光,無(wú)論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓是一樣的.溫度不很高時(shí)，電子不能大量逸出，是由于受到金屬表面層的引力作用，電子要從金屬中掙脫出來(lái)，必須克服這個(gè)引力做功。二.光電效應(yīng)規(guī)律與經(jīng)典電磁理論的矛盾2021/5/9121.光子：光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν。這些能量子后來(lái)被稱(chēng)為光子。愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)愛(ài)因斯坦從普朗克的能量子說(shuō)中得到了啟發(fā)，他提出：三.愛(ài)因斯坦的光量子假設(shè)2021/5/9132.愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程1.光子：或——光電子最大初動(dòng)能

——金屬的逸出功

W0一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量hν后，一部分能量用來(lái)克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能Ek，即：三.愛(ài)因斯坦的光量子假設(shè)2021/5/9143.光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋①愛(ài)因斯坦方程表明，光電子的初動(dòng)能Ek與入射光的頻率成線(xiàn)性關(guān)系，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。只有當(dāng)hν>W0時(shí)，才有光電子逸出，就是光電效應(yīng)的截止頻率。②電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，光電流自然幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。③光強(qiáng)較大時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子多，因而飽和電流大。三.愛(ài)因斯坦的光量子假設(shè)2021/5/915由于愛(ài)因斯坦提出的光子假說(shuō)成功地說(shuō)明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)圓滿(mǎn)解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動(dòng)理論。4.光電效應(yīng)理論的驗(yàn)證

美國(guó)物理學(xué)家密立根，花了十年時(shí)間做了“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，結(jié)果在1915年證實(shí)了愛(ài)因斯坦方程，h的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。三.愛(ài)因斯坦的光量子假設(shè)2021/5/916愛(ài)因斯坦由于對(duì)光電效應(yīng)的理論解釋和對(duì)理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過(guò)著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2021/5/917放大器控制機(jī)構(gòu)

可以用于自動(dòng)控制，自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)跟蹤等。四.光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用1.光控繼電器可對(duì)微弱光線(xiàn)進(jìn)行放大，可使光電流放大105~108倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。2.光電倍增管2021/5/918應(yīng)用光電管光電源電流計(jì)IAK2021/5/919光的粒子性一、光電效應(yīng)的基本規(guī)律小結(jié)1.光電效應(yīng)現(xiàn)象2.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律①對(duì)于任何一種金屬，都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)頻率就不能發(fā)生光電效應(yīng)；②當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比；③光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大；④入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10-9秒.

2021/5/9201.在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針就張開(kāi)一個(gè)角度，如圖所示，這時(shí)()A.鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B.鋅板帶正電，指針帶正電C.鋅板帶負(fù)電，指針帶正電D.鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電B練習(xí)2021/5/9212.一束黃光照射某金屬表面時(shí)，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下列措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是()A.延長(zhǎng)光照時(shí)間B.增大光束的強(qiáng)度C.換用紅光照射D.換用紫光照射D練習(xí)2021/5/9223.關(guān)于光子說(shuō)的基本內(nèi)容有以下幾點(diǎn)，不正確的是()A.在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一