光電效應(yīng)高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修3

第四章

原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第二節(jié)

光電效應(yīng)2光的經(jīng)典電磁理論無法解釋的光電效應(yīng)的三個實(shí)驗(yàn)結(jié)果：2.光越強(qiáng)，光電子的初動能應(yīng)該越大，所以遏止電壓UC應(yīng)與光的強(qiáng)弱有關(guān)。1.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間才能獲得逸出表面所需的能量，這個時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生光電流的時間。光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難這些結(jié)論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾，

經(jīng)典電磁理論更是無法解釋。復(fù)習(xí)回顧

1.光量子理論（光子說）愛因斯坦在普朗克量子假說的基礎(chǔ)上，做了進(jìn)一步假設(shè)，建立起光電效應(yīng)理論。愛因斯坦認(rèn)為：光本身就是由一個個不可分割能量子組成的。每一份稱為光量子，簡稱光子。光子的能量：

三、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論光的強(qiáng)度

I=NhνEK=hv-W0

金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是hv，一部分大小為W0的能量被電子用來脫離金屬，剩下的是逸出后電子的初動能。即：hv＝W0+EK——光電子最大初動能

——金屬的逸出功

W0（光電效應(yīng)方程）式中h叫普朗克常量(h=6.63×10-34J·s)注意：式中Ek是光電子的最大初動能。

2.光電效應(yīng)方程三、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論

3.光子說對光電效應(yīng)的解釋①

截止頻率的解釋當(dāng)hv≥W0→產(chǎn)生光電效應(yīng)當(dāng)hv<W0→無光電效應(yīng)當(dāng)hv=W0→（截止頻率）光照射到金屬中的電子時，一個電子只能吸收一個光子的能量hv。OEKvvcW0三、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論EK=hv-W0②

遏止電壓的解釋

結(jié)論：對某種金屬W0一定，遏止電壓Uc只與入射光的頻率有關(guān)，與光強(qiáng)無關(guān)。eUc=hv-W0遏止電壓

3.光子說對光電效應(yīng)的解釋三、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論③瞬時性的解釋

對于同種頻率的光，光較強(qiáng)時，單位時間內(nèi)照射到金屬表面的光子數(shù)較多,

照射金屬時產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大。④飽和電流的解釋由上可見，愛因斯坦的光量子理論完美解釋了光電效應(yīng)的各種現(xiàn)象。電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電流自然幾乎是瞬時發(fā)生的。（每個電子只能吸收一個光子，同時吸收兩個光子的概率幾乎為零）。

3.光子說對光電效應(yīng)的解釋三、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論美國物理學(xué)家密立根，花了十年時間做了“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，根據(jù)光電效應(yīng)方程得出的h與普朗克黑體輻射得出的h在誤差范圍內(nèi)是一致的，這為愛因斯坦的光電效應(yīng)理論提供了直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動理論。光電效應(yīng)顯示：光子像其他粒子一樣，也具有能量，光具有粒子性。

4.密立根驗(yàn)證光電效應(yīng)方程三、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論

愛因斯坦由于對光電效應(yīng)的理論解釋和對理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎。

密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎。。三、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論

愛因斯坦光電效應(yīng)方程給出了光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率v的關(guān)系。但是，很難直接測量光電子的動能，容易測量的是截止電壓Uc。

那么，怎樣得到截止電壓Uc與光的頻率v和逸出功W0的關(guān)系呢?

EK=hv-W0

【思考與討論】三、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論【例題】如圖所示，當(dāng)開關(guān)K斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.6V時，電流表讀數(shù)仍不為零。當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.6V時，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為(

)A.1.9eV B.0.6eVC.2.5eV D.3.1eVA【例題】(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(4.27,0)，與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(5.5,0.5)。由圖可知(

)A．該金屬的截止頻率為4.27×1014HzB．該金屬的截止頻率為5.5×1014HzC．該圖線的斜率表示普朗克常量D．該金屬的逸出功為0.5eVACX射線λ＝λ0石墨體（散射物質(zhì)）λ=λ0λ>λ0

光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。2.康普頓效應(yīng)

1.光的散射經(jīng)典理論無法解釋康普頓效應(yīng)。

四、康普頓效應(yīng)和光子的動量3.光子模型解釋康普頓效應(yīng)當(dāng)入射光子和晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，因而光子的動量可能會減少。光子不僅具有能量，而且具有動量，光子的動量p與光的波長λ和普朗克常量h有關(guān)。

P↓——

λ↑4.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義

①

有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設(shè)。

②

首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動量”

的假設(shè)。

③

證實(shí)了在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的。四、康普頓效應(yīng)和光子的動量1.光學(xué)發(fā)展史牛頓的微粒說惠更斯和托馬斯楊的波動說麥克斯韋的電磁理論愛因斯坦的光子理論2.光具有波粒二象性①光在傳播過程中表現(xiàn)出波動性，如干涉、衍射、偏振現(xiàn)象。②光在與物質(zhì)發(fā)生作用時表現(xiàn)出粒子性，如光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)。光子能量：E=hν

光子動量：

五、光的波粒二象性練習(xí)1．康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)散射的X射線中，除了有與入射波長相同的成分外，還有其他波長的X射線，這是由入射光子與晶體中的電子碰撞引起的。已知普朗克常量為h。下列說法錯誤的是（）A．康普頓效應(yīng)揭示了光的粒子性B．光子散射后波長變大C．光子與電子碰撞后速度變小D．若碰撞后電子的動量為p，則其物質(zhì)波波長為C2.A、B兩種光子的能量之比為2∶1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子的最大初動能分別為EA、EB，普朗克常量為h，則下列說法正確的是()A.A、B兩種光子的頻率之比為1∶2B.所產(chǎn)生光電子的最大初動能之比為2∶1C.該金屬的逸出功W0＝EA－2EBD.該金屬的截止頻率νc＝C3．如圖所示是某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的最大初動能Ek與入射光頻率v的關(guān)系圖線，a、b均為已知量（a>0，b>0）。由圖線可知（）A．該金屬的逸出功W0=aB．斜率表示普朗克常量的倒數(shù)C．圖中a與b的值與入射光的強(qiáng)度、頻率均有關(guān)D．若入射光頻率為3b，則光電子的最大初動能為3bA4．圖甲是探究“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)電路圖，某光電管遏止電壓