人教版選擇性必修第三冊(cè)4.課件光電效應(yīng)課件

2光電效應(yīng)1.知道光電效應(yīng)現(xiàn)象,了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2.理解愛因斯坦的光子說及對(duì)光電效應(yīng)的解釋,會(huì)用光電效應(yīng)方程解決一些簡(jiǎn)單問

題。3.了解康普頓效應(yīng)及其意義。4.知道光的波粒二象性。1.光電效應(yīng)的概念照射到金屬表面的光,能使金屬中的①

電子

從表面逸出。這個(gè)現(xiàn)象稱為光電

效應(yīng),這種電子常稱為②

光電子

。1|光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律2.研究光電效應(yīng)的電路圖(2)作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲(chǔ)量大。3、按粒子與各種相互作用的關(guān)系，可分為三大類：強(qiáng)子、輕子和媒介子。優(yōu)點(diǎn)：蓋革—米勒計(jì)數(shù)器非常靈敏，用它檢測(cè)射線十分方便。一、理想氣體4、原子核中的兩個(gè)等式:（1）受力分析順序：重力——彈力——摩擦力——其它力2、β衰變:原子核放出β粒子的衰變，以β射線形式釋放β粒子。④F合可能大于、等于、小于F1、F2(3)對(duì)環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小。3、適用條件：①壓強(qiáng)不太大，溫度不太低；3、①α衰變：α射線的實(shí)質(zhì)就是高速運(yùn)動(dòng)的氦核流（4）步驟：3、使用條件:一定質(zhì)量的某種理想氣體。如圖,陰極K和陽(yáng)極A是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極,③

陰極K

在受到光照

時(shí)能夠發(fā)射光電子。陰極K與陽(yáng)極A之間電壓U的大小可以調(diào)整,電源的正負(fù)極也

可以對(duì)調(diào)。電源按圖示極性連接時(shí),閉合開關(guān)后,陽(yáng)極A吸收陰極K發(fā)出的光電子,

在電路中形成④

光電流

。這導(dǎo)致電壓U為0時(shí)電流I⑤

并不為

0。3.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)存在截止頻率當(dāng)入射光的頻率低于⑥

截止頻率

時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明,不同金屬的

截止頻率⑦

不同

。換句話說,截止頻率與金屬自身的性質(zhì)有關(guān)。(2)存在飽和電流在光照條件不變的情況下,在電流較小時(shí)電流隨著正向電壓的增大而⑧

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⑨

不會(huì)

再進(jìn)一步增大了,

如圖所示,光電流趨于一個(gè)飽和值。光電流與電壓的關(guān)系(3)存在遏止電壓如果施加反向電壓,也就是陰極K接電源正極、陽(yáng)極A接電源負(fù)極,在光電管兩極間形成使電子⑩

減速

的電場(chǎng),電流有可能為0。使光電流減小到0的

反向電壓Uc

稱為遏止電壓。遏止電壓的存在意味著光電子具有一定的初速度,初速度的上限vc應(yīng)滿足

me

=eUc。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明,同一種金屬對(duì)于一定頻率的光,無(wú)論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓都

是

一樣

的。光的頻率ν改變時(shí),遏止電壓Uc也會(huì)改變。(4)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性當(dāng)頻率超過截止頻率νc時(shí),無(wú)論入射光怎樣微弱,照到金屬時(shí)會(huì)

立即

產(chǎn)生光電流。精確測(cè)量表明產(chǎn)生電流的時(shí)間很快,即光電效應(yīng)幾乎是

瞬時(shí)

發(fā)生的。1.逸出功要使電子脫離某種金屬,需要外界對(duì)它做功,做功的

最小值

叫作這種金屬的逸出功,用W0表示。不同種類的金屬,其逸出功的大小也

不相同

。2.光電效應(yīng)與經(jīng)典電磁理論的矛盾矛盾之一:光電效應(yīng)中存在

截止頻率

按照光的經(jīng)典電磁理論,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。矛盾之二:光電效應(yīng)中,遏止電壓由入射光的

頻率

決定,與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)按照光的經(jīng)典電磁理論,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)該與

光的強(qiáng)弱有關(guān)。矛盾之三:光電效應(yīng)具有

瞬時(shí)

性如果光很弱,按經(jīng)典電磁理論估算,電子需要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)大于實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生光電流的時(shí)間。2|光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難1.光子說(1)內(nèi)容假定電磁波本身的能量也是

不連續(xù)

的,即認(rèn)為光本身就是由一個(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,其中,h為普朗克常量。這些能量子后來稱為光子。(2)光子能量公式為ε=

hν

,其中ν指光的

頻率

。2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)愛因斯坦在光電效應(yīng)中能量守恒的理論當(dāng)光子照到金屬上時(shí),它的能量可以被金屬中的某個(gè)電子全部吸收,金屬中的電子3|愛因斯坦的光電效應(yīng)理論吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν,在這些能量中,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(dòng)能

。(2)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=

hν-W0

,式中Ek為光電子的最大初動(dòng)能,Ek=

me

。3.愛因斯坦光電效應(yīng)方程對(duì)光電效應(yīng)的解釋(1)這個(gè)方程表明,只有當(dāng)hν>W0時(shí),光電子才可以從金屬中逸出,νc=

就是光電效應(yīng)的截止頻率。如圖所示。

光電效應(yīng)的Ek-ν圖像(2)對(duì)于同種頻率的光,光較強(qiáng)時(shí),單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面的光子數(shù)

較多

,照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子

較多

,因而飽和電流

較大

。(3)這個(gè)方程還表明,光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν有關(guān),而與光的強(qiáng)弱無(wú)

關(guān)。這就解釋了遏止電壓和

光強(qiáng)

無(wú)關(guān)。(4)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)產(chǎn)生的。4.遏止電壓Uc與光的頻率ν和逸出功W0的關(guān)系利用光電子的初動(dòng)能Ek=eUc和愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,可以消去Ek,從而得

到Uc與ν、W0的關(guān)系,即Uc=

ν-

。遏止電壓Uc與光的頻率ν之間是

線性

關(guān)系,Uc-ν圖像是一條斜率為

的直線。某金屬的Uc-ν圖像1、同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核、在元素周期表中處于同一位置的元素。有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。放射性同位素又分為天然和人工放射性同位素。1、內(nèi)容：一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下，它的壓強(qiáng)跟體積成反比。②α衰變：原子核內(nèi)少兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子實(shí)驗(yàn)證明強(qiáng)子是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，叫做夸克?？淇擞闪N模型：上夸克d、下夸克u、奇異夸克s、粲夸克c，底夸克b、頂夸克t。②圖線上每一個(gè)點(diǎn)表示氣體一個(gè)確定的狀態(tài)，同一根等容線上各狀態(tài)的體積相同。二、受控?zé)岷朔磻?yīng)3、特點(diǎn):溫度越高,其等溫線離原點(diǎn)越遠(yuǎn)。一、玻意耳定律③相似三角形法：適用于物體所受的三個(gè)力中，一個(gè)力大小、方向不變，其它二個(gè)力的方向均發(fā)生變化的問題，找力構(gòu)成的矢量三角形與幾何三角形相似。②圖線上每一個(gè)點(diǎn)表示氣體一個(gè)確定的狀態(tài)，同一根等壓線上各狀態(tài)的壓強(qiáng)相同。4.重力的作用點(diǎn)：重心。規(guī)律：①重心不一定在物體上。②區(qū)別重心與幾何中心，質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體的重心在幾何中心。③“懸掛法”確定薄板重心。3、根據(jù)氣體狀態(tài)變化過程的特點(diǎn)，列出相應(yīng)的氣體公式(本節(jié)課中就是玻意耳定律公式p1V1=p2V2)；四、宇宙的演化1.康普頓效應(yīng)1918~1922年,美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí),發(fā)現(xiàn)在散射的X

射線中,除了與入射波長(zhǎng)λ0相同的成分外,還有波長(zhǎng)

大于

λ0的成分,這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。2.康普頓效應(yīng)與經(jīng)典物理學(xué)理論的矛盾按照經(jīng)典物理學(xué)的理論,X射線的波長(zhǎng)不會(huì)在散射中發(fā)生變化。因此,康普頓效應(yīng)

無(wú)法用經(jīng)典物理學(xué)解釋。3.用光子的模型解釋康普頓效應(yīng)(1)光子不僅具有能量,而且具有

動(dòng)量

,光子的動(dòng)量p與光的波長(zhǎng)λ和普朗克常量h有關(guān)。這三個(gè)量之間的關(guān)系式為p=

。4|康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量提示:入射光的強(qiáng)度越大,光子數(shù)目越多,照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子就越多。提示:入射光的強(qiáng)度越大,光子數(shù)目越多,照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子就越多。當(dāng)光子照到金屬上時(shí),它的能量可以被金屬中的某個(gè)電子全部吸收,金屬中的電子(4)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,光電流自然幾愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0的四點(diǎn)理解光電子的初動(dòng)能、最大初動(dòng)能與遏止電壓照射到金屬表面的光,能使金屬中的①電子

從表面逸出。矛盾之一:光電效應(yīng)中存在?截止頻率1|光電效應(yīng)中的幾組概念光子的能量與入射光的強(qiáng)度矛盾之三:光電效應(yīng)具有?瞬時(shí)

性金屬鈣、鈉、鉀的逸出功不同,說明了金屬種類不同對(duì)應(yīng)的截止頻率也不同。(2)只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí),只需克服原子核的引力做功,才具有最大

初動(dòng)能?？灯疹D效應(yīng)與經(jīng)典物理學(xué)理論的矛盾這就解釋了遏止電壓和?光強(qiáng)

無(wú)關(guān)。光電效應(yīng)的Ek-ν圖像(2)愛因斯坦光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程。飽和電流、正向電壓與光的強(qiáng)度三者之間的關(guān)系(2)在康普頓效應(yīng)中,當(dāng)入射的光子與晶體中的電子碰撞時(shí),要把

一部分動(dòng)量

轉(zhuǎn)移給電子,因而,光子動(dòng)量可能會(huì)

變小

。從式p=

看,動(dòng)量p減小,意味著波長(zhǎng)λ

變大

,因此,這些光子散射后波長(zhǎng)變大。光子既有能量也有動(dòng)量1.在麥克斯韋的電磁理論建立之后,人們認(rèn)識(shí)到光是一種電磁波,從而光的

波動(dòng)

說被普遍接受。2.光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)重新揭示了光的

粒子

性。3.光既具有

波動(dòng)性

,又具有

粒子性

。換句話說,光具有

波粒二象性

。5|光的波粒二象性1.金屬鈉表面是否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)。

(

?)2.金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng),入射光強(qiáng)度越大,飽和電流越大。

(√)3.金屬鈣、鈉、鉀的逸出功不同,說明了金屬種類不同對(duì)應(yīng)的截止頻率也不同。

(√)4.入射光若能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),則入射光的強(qiáng)度越大,照射出的光電子越

多。

(√)提示:入射光的強(qiáng)度越大,光子數(shù)目越多,照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子就越多。5.能產(chǎn)生光電效應(yīng)的光必定是可見光。

(

?)提示:頻率大于金屬的截止頻率的光可以使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),不一定是可見光。6.經(jīng)典物理學(xué)理論不能合理解釋康普頓效應(yīng)。

(√)提示:康普頓效應(yīng)與經(jīng)典物理學(xué)的理論有矛盾,用光子的模型能成功解釋康普頓效應(yīng)。7.光具有粒子性,但光子又不同于宏觀觀念的粒子。

(√)提示:光子不是宏觀觀念的粒子,不由分子、原子組成。判斷正誤，正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“?”。1|光電效應(yīng)中的幾組概念光子的能量與入射光的強(qiáng)度光子的能量即每個(gè)光子的能量,其值為ε=hν(ν為光子的頻率),其大小由光的頻率決

定。入射光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量,入射光的

強(qiáng)度等于光子能量hν與單位時(shí)間內(nèi)單位面積上入射光子數(shù)n的乘積,即入射光的強(qiáng)

度等于nhν。

光子與光電子(1)光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量,光子不帶電;光電子是金屬表面受到光照

射時(shí)發(fā)射出來的電子,其本質(zhì)是電子。光子是光電效應(yīng)的因,光電子是果。(2)對(duì)于同一種金屬,光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān),而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。

光電子的初動(dòng)能、最大初動(dòng)能與遏止電壓(1)光照射到金屬表面時(shí),光子的能量全部被電子吸收,電子吸收了光子的能量,可能

向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng),需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量,剩余部分為

光電子的初動(dòng)能。(2)只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí),只需克服原子核的引力做功,才具有最大

初動(dòng)能。光電子的初動(dòng)能小于或等于光電子的最大初動(dòng)能。(3)遏止電壓與光電子初速度的上限vc滿足:

me

=eUc。

飽和電流、正向電壓與光的強(qiáng)度三者之間的關(guān)系(1)存在飽和電流的原因在一定的光照條件下,單位時(shí)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(shí),所有光電子都被陽(yáng)極A吸收,這時(shí)即使再增大電壓,電流也不會(huì)增大。(2)飽和電流與正向電壓的關(guān)系從金屬板飛出的光電子到達(dá)陽(yáng)極,回路中便產(chǎn)生光電流,隨著所加正向電壓的增大,

光電流趨于一個(gè)飽和值,這個(gè)飽和值是飽和電流,在一定的光照條件下,飽和電流與

所加正向電壓大小無(wú)關(guān)。(3)飽和電流與光的強(qiáng)度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)表明,在光的頻率不變的情況下,入射光越強(qiáng),飽和電流越大。這說明,對(duì)于一定

頻率(顏色)的光,入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。換句話說,光具有?波粒二象性

。飽和電流、正向電壓與光的強(qiáng)度三者之間的關(guān)系(2)愛因斯坦光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程。康普頓效應(yīng)與經(jīng)典物理學(xué)理論的矛盾(2)對(duì)于同一種金屬,光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān),而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。遏止電壓Uc與光的頻率ν和逸出功W0的關(guān)系增加單色光的頻率,發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的遏止

電壓Uc變大。光電子的初動(dòng)能小于或等于光電子的最大初動(dòng)能。矛盾之二:光電效應(yīng)中,遏止電壓由入射光的?頻率

決定,與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)(2)在康普頓效應(yīng)中,當(dāng)入射的光子與晶體中的電子碰撞時(shí),要把?一部分動(dòng)量進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明,同一種金屬對(duì)于一定頻率的光,無(wú)論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓都

是?一樣

的。Ek=?

hν-W0

,式中Ek為光電子的最大初動(dòng)能,Ek=?me?。在光照條件不變的情況下,在電流較小時(shí)電流隨著正向電壓的增大而⑧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⑨不會(huì)

再進(jìn)一步增大了,

如圖所示,光電流趨于一個(gè)飽和值。照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子?較多

,因而飽和電流?較大

。金屬鈣、鈉、鉀的逸出功不同,說明了金屬種類不同對(duì)應(yīng)的截止頻率也不同。(3)遏止電壓與光電子初速度的上限vc滿足:?me?=eUc。(3)這個(gè)方程還表明,光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν有關(guān),而與光的強(qiáng)弱無(wú)

關(guān)。(2)飽和電流與正向電壓的關(guān)系2|愛因斯坦光電效應(yīng)方程的理解及應(yīng)用情境

如圖甲所示,P在最左端,沒有給光電管加電壓,依然有光電流。如圖乙所示,

給光電管加反向電壓,光電子在光電管兩極間形成的電場(chǎng)中做減速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)反向

電壓增加到遏止電壓Uc時(shí),光電流減小到零。增加單色光的頻率,發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的遏止

電壓Uc變大。問題1.當(dāng)反向電壓達(dá)到遏止電壓Uc時(shí),光電流為零,說明初速度最大的光電子運(yùn)動(dòng)到極

板A時(shí)的速度恰好為多大?提示:速度恰好為0。2.遏止電壓Uc與光電子的最大初速度