4.2 光電效應(yīng) 課件高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

§4.2光電效應(yīng)選擇性必修第三冊第一課時思考與討論:把一塊鋅板連接在驗電器上，并使鋅板帶負(fù)電，驗電器指針張開。用日光燈和紫外線燈照射鋅板，觀察驗電器指針的變化。這個現(xiàn)象說明了什么問題？用紫外線燈照射后，驗電器張開的指針夾角會變小,說明鋅板帶的負(fù)電荷變少了。這意味著，紫外線會讓電子從鋅板表面逸出。光電效應(yīng)：照射在金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象。

逸出的電子稱為光電子。1887年，赫茲進(jìn)行的電火花實驗證明了光是一種電磁波，并偶然發(fā)現(xiàn)，接收電路的間隙如果受到光照，就更容易產(chǎn)生電火花，這就是最早發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng)。這一現(xiàn)象引起很多物理學(xué)家的關(guān)注，大量實驗證實了這個現(xiàn)象。

一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律光電管：利用光電效應(yīng)制成的一種光學(xué)元件

⑴陰極K和陽極A是密封在真空玻璃管中的兩個電極。⑵K在受到光照時能夠發(fā)射光電子。一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律若實驗過程中有光電效應(yīng)發(fā)生，應(yīng)該可以觀察到什么現(xiàn)象？一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律思考1：產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是什么？可能的影響因素實驗結(jié)論與光的強(qiáng)度有關(guān)？與光的顏色有關(guān)？與照射時間有關(guān)？與金屬種類有關(guān)？一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律（1）當(dāng)入射光頻率減小到某一數(shù)值

c時，光電流消失，這表明已經(jīng)沒有光電子了。

c稱為截止頻率或極限頻率。即當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時不發(fā)生光電效應(yīng)。實驗規(guī)律1：存在截止頻率（2）金屬要發(fā)生光電效應(yīng)與入射光強(qiáng)弱無關(guān)，只與頻率有關(guān)。入射光頻率低于截止頻率時，不管光照多強(qiáng)，金屬都不會發(fā)生光電效應(yīng)。（3）不同金屬的截止頻率不同，截止頻率與金屬自身的性質(zhì)有關(guān)。一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律思考2：光電流的大小與哪些因素有關(guān)？如果要定量研究光電流與電壓之間的關(guān)系，如何設(shè)計電路？KA逸出的光電子都能到達(dá)陽極嗎？如何讓更多的電子到達(dá)陽極？照射光未加電壓時光電流示數(shù)電壓增大時光電流如何變化最大光電流大小強(qiáng)光（白光）弱光（黃光）實驗規(guī)律2：存在飽和電流（2）在光的頻率（顏色）不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。（1）在光照不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流趨于一個飽和值。（即電流較小時電流隨著電壓的增大而增大；但當(dāng)電流增大到一定值之后，即使電壓再增大，電流也不會進(jìn)一步增大了.）一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律這說明，在一定的光照條件下，單位時間內(nèi)陰極K發(fā)射的光電子的數(shù)目是一定的，電壓增加到一定值時，所有光電子都被陽極A吸收，這時即使再增大電壓，電流也不會增大。一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律U=0時，電路中電流I為0嗎？怎樣才能讓電路中電流為0呢？施加反向電壓一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律最大的初動能則I=0，式中UC為遏止電壓思考3：如何測量光電子的快慢？一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律思考4：發(fā)生光電效應(yīng)時，從陰極K逸出的光電子的最大初動能與什么因素有關(guān)？施加反向電壓

使光電流減小到0的反向電壓UC稱為遏止電壓。①對于同一種顏色（頻率）的光，無論光的強(qiáng)弱如何，遏止電壓都一樣②光的頻率發(fā)生變化時，遏止電壓也會發(fā)生變化。實驗規(guī)律3：存在遏止電壓這表明光電子的能量（動能）只與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)！！當(dāng)頻率超過截止頻率vC時，無論入射光的強(qiáng)度怎么微弱，照到金屬時會立即產(chǎn)生光電流。精確測量表明產(chǎn)生電流的時間很快，即光電效應(yīng)幾乎是瞬時發(fā)生的。實驗規(guī)律4：光電效應(yīng)具有瞬時性一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律更精確的研究推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過的時間不超過10－9

s（這個現(xiàn)象一般稱作“光電子的瞬時發(fā)射”）。

人們知道，金屬中原子外層的電子容易脫離原子而做無規(guī)則的熱運動。但在溫度不很高時，電子并不能大量逸出金屬表面，這是為什么呢？思考與討論:二、光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難逸出功W0：要使電子脫離某種金屬，需要外界對它做功，做功的最小值叫做這種金屬的逸出功。即電子要想從金屬中脫離，至少要吸收W0的能量。

幾種金屬的截止頻率和逸出功逸出功的大小取決于金屬的特性光電效應(yīng)經(jīng)典（光的電磁理論——光是電磁波）解釋：⑴當(dāng)光照射金屬表面時，電子會吸收光的能量。若電子吸收的能量超過逸出功，電子就能從金屬表面逸出，這就是光電子。⑵光越強(qiáng)，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。⑸如果光很弱，電子需要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)大于實驗中產(chǎn)生光電流的時間。⑶不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可以獲得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率；⑷光越強(qiáng)，光電子的初動能應(yīng)該越大，所以截止電壓Uc應(yīng)該與光的強(qiáng)弱有關(guān)；光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難（3）（4）（5）與實驗結(jié)果相矛盾，

經(jīng)典電磁理論無法解釋。

普朗克量子說：電磁波的輻射和吸收是不連續(xù)的，一份一份的，每一份叫做一個能量子。普朗克愛因斯坦

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。E=hν1.光量子理論三、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論EK=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。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