【物理課件】粵教滬版光電效應(yīng)課件

光電效應(yīng)光電效應(yīng)是指光照射到金屬表面時(shí)，金屬中的電子吸收光能后，從金屬表面逸出的一種現(xiàn)象。光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)1887年德國(guó)物理學(xué)家赫茲在研究電磁波時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)現(xiàn)象。1902年德國(guó)物理學(xué)家菲利普·萊納德通過實(shí)驗(yàn)研究了光電效應(yīng)的規(guī)律，并提出了光電效應(yīng)的三個(gè)定律。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1光照射到金屬表面金屬表面會(huì)釋放出電子，形成電流。2光越強(qiáng)電流越強(qiáng)。3光頻率越高電流越大。4光頻率低于某個(gè)閾值頻率無論光強(qiáng)多大，都不會(huì)產(chǎn)生電流。光電效應(yīng)的特點(diǎn)瞬時(shí)性光照射到金屬表面后，電子立即被發(fā)射出來。方向性發(fā)射出的電子方向與入射光的偏振方向有關(guān)。能量性發(fā)射出的電子具有動(dòng)能，動(dòng)能的大小與入射光頻率有關(guān)。光電效應(yīng)的定義光電效應(yīng)是指光照射到金屬表面時(shí)，金屬中的電子吸收光能后，從金屬表面逸出的一種現(xiàn)象。它是一種光電相互作用的現(xiàn)象。光電效應(yīng)的解釋經(jīng)典物理學(xué)無法解釋光電效應(yīng)的現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)，光是一種電磁波，它傳遞能量是連續(xù)的，因此光照射到金屬表面時(shí)，金屬中的電子應(yīng)該能夠逐漸吸收能量，最終獲得足夠的能量而逸出。但實(shí)際上，光電效應(yīng)的產(chǎn)生具有明顯的瞬時(shí)性。量子力學(xué)成功解釋了光電效應(yīng)的現(xiàn)象。量子力學(xué)認(rèn)為，光具有波粒二象性，既是波，又是粒子。光的粒子稱為光子，光子具有能量，能量的大小與光的頻率有關(guān)。當(dāng)光子照射到金屬表面時(shí)，金屬中的電子可以吸收一個(gè)光子的能量，如果這個(gè)能量足夠大，電子就可以逸出金屬表面，形成光電流。愛因斯坦的光量子假說1905年，愛因斯坦提出了光量子假說，認(rèn)為光是由一個(gè)個(gè)能量為hν的光量子（光子）組成的，h是普朗克常數(shù)，ν是光的頻率。光量子假說解釋了光電效應(yīng)的現(xiàn)象，并為量子力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。愛因斯坦光量子假說的成功愛因斯坦的光量子假說成功地解釋了光電效應(yīng)的三個(gè)定律，并為量子力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。光量子假說不僅解釋了光電效應(yīng)，還解釋了其他一些光學(xué)現(xiàn)象，如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)等。愛因斯坦因光量子假說獲得了1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。光電子能量的表達(dá)式光電子能量的表達(dá)式為E=hν-W，其中h是普朗克常數(shù)，ν是光的頻率，W是金屬的逸出功。光電流與光強(qiáng)的關(guān)系1光強(qiáng)光強(qiáng)是指單位時(shí)間內(nèi)光能照射到單位面積上的能量。2光電子數(shù)光強(qiáng)越大，單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面的光子數(shù)越多，因此光電子數(shù)越多。3光電流光電子數(shù)越多，光電流越強(qiáng)。光電流與頻率的關(guān)系1頻率低于閾值頻率無論光強(qiáng)多大，都不會(huì)產(chǎn)生電流。2頻率高于閾值頻率光電流的大小與光的頻率有關(guān)，頻率越高，光電流越大。光電流與目標(biāo)物質(zhì)的關(guān)系1金屬材料不同金屬材料的逸出功不同，因此光電流的大小也與目標(biāo)物質(zhì)有關(guān)。2逸出功逸出功是指電子從金屬表面逸出所需的最小能量。3光電流逸出功越小，光電流越大。光電子逸出概率光電子逸出概率是指光照射到金屬表面時(shí)，金屬中的電子被發(fā)射出來的概率。光電子逸出概率與光子能量、金屬的逸出功以及金屬的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。光電子逸出能量光電子逸出能量是指光電子從金屬表面逸出時(shí)具有的能量。光電子逸出能量與光子的能量和金屬的逸出功有關(guān)。光電子加速電壓與最大動(dòng)能光電子加速電壓是指用來加速光電子的電壓。光電子最大動(dòng)能是指光電子在加速電壓作用下獲得的最大動(dòng)能。光電子最大動(dòng)能與光子的能量和金屬的逸出功有關(guān)。光電池的原理與應(yīng)用光電池是一種利用光電效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)換為電能的器件。光電池的原理是：光照射到光電池的PN結(jié)上，光能被PN結(jié)吸收，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，形成光電流，進(jìn)而輸出電能。光電池的特點(diǎn)綠色環(huán)保光電池是一種清潔能源，不會(huì)產(chǎn)生污染。安全可靠光電池不會(huì)產(chǎn)生輻射，對(duì)人體和環(huán)境無害。使用方便光電池體積小，重量輕，便于安裝和使用。壽命長(zhǎng)光電池的使用壽命長(zhǎng)，一般可達(dá)20年以上。光電池的分類1單晶硅電池效率高，價(jià)格較高。2多晶硅電池效率低于單晶硅電池，價(jià)格較低。3薄膜電池效率較低，價(jià)格更低，適合大面積應(yīng)用。太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池是一種利用太陽(yáng)能發(fā)電的光電池。太陽(yáng)能電池板是由多個(gè)太陽(yáng)能電池串聯(lián)或并聯(lián)組成的，用來將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為電能。光電池的發(fā)展歷程11839年法國(guó)科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)現(xiàn)象。21954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一個(gè)實(shí)用型硅太陽(yáng)能電池。320世紀(jì)70年代隨著石油危機(jī)的爆發(fā)，太陽(yáng)能電池技術(shù)得到了快速發(fā)展。421世紀(jì)太陽(yáng)能電池技術(shù)取得了重大突破，光電轉(zhuǎn)換效率不斷提高。光電池的未來應(yīng)用光電池的未來應(yīng)用前景非常廣闊，將在以下領(lǐng)域發(fā)揮重要作用：新能源汽車、無人機(jī)、智能家居、航空航天等。光電效應(yīng)在科技中的應(yīng)用光電探測(cè)器光電探測(cè)器是一種利用光電效應(yīng)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件。光電探測(cè)器廣泛應(yīng)用于光通信、醫(yī)學(xué)成像、遙感技術(shù)等領(lǐng)域。光電倍增管光電倍增管是一種利用光電效應(yīng)將光信號(hào)放大的一種器件。光電倍增管廣泛應(yīng)用于核物理、醫(yī)學(xué)成像、天文學(xué)等領(lǐng)域。光電探測(cè)器光電探測(cè)器的工作原理是：當(dāng)光照射到光電探測(cè)器的敏感元件上時(shí)，敏感元件中的電子吸收光能，發(fā)生光電效應(yīng)，產(chǎn)生光電流。光電流的大小與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)。光電倍增管光電倍增管的工作原理是：當(dāng)光照射到光電倍增管的陰極上時(shí)，陰極發(fā)射出光電子。光電子在電場(chǎng)的作用下，加速運(yùn)動(dòng)，撞擊到第一個(gè)倍增極，產(chǎn)生多個(gè)次級(jí)電子。次級(jí)電子被加速后，繼續(xù)撞擊第二個(gè)倍增極，產(chǎn)生更多的次級(jí)電子。如此反復(fù)，電子數(shù)量不斷增加，最終形成放大后的電流。光電池在生活中的應(yīng)用光電池在生活中有著廣泛的應(yīng)用，如太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能充電器、太陽(yáng)能計(jì)算器等。光電池在航天中的應(yīng)用光電池在航天領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，如人造衛(wèi)星、宇宙飛船、空間站等。光電池可以為航天器提供電力，延長(zhǎng)航天器的使用壽命。光電池在軍事中的應(yīng)用光電池在軍事領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用，如無人機(jī)、導(dǎo)彈、雷達(dá)等。光電池可以為軍用設(shè)備提供電力，提高軍用設(shè)備的續(xù)航能力和作戰(zhàn)效率。光電池在可再生能源中的應(yīng)用光電池是可再生能源的一種重要形式，可以為人類提供清潔、可持續(xù)的能源。光電池在未來將會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用，推動(dòng)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。光電效應(yīng)在量子力學(xué)中的重要地位光電效應(yīng)是量子力學(xué)的重要實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，它證明了光的粒子性，