光電效應(yīng),人教版選修3-5第十七章第2節(jié),中國人民大學(xué)附屬中學(xué)李志剛,赫茲實(shí)驗(yàn)的“小火花”,1.光電效應(yīng)：某些光照到金屬時(shí),在金屬表面有電子逸出從而引起其電性質(zhì)變化的現(xiàn)象。光電子:光電效應(yīng)中逸出的電子。,照紫外線,逸出功W0：光電子從金屬表面逸出時(shí)克服阻力所做功的最小值。逸出功由金屬材料種類決定。,選擇好儀器，按如圖所示組建實(shí)驗(yàn)裝置,進(jìn)行實(shí)驗(yàn),演示實(shí)驗(yàn),材料哪些材料可以發(fā)生光電效應(yīng)？同種材料會(huì)存在能發(fā)生光電效應(yīng)的最低頻率或最低強(qiáng)度嗎？材料的逸出功與哪些因素有關(guān)？光電子從有光照到有電子逸出的時(shí)間間隔會(huì)與哪些因素有關(guān)呢？單位時(shí)間內(nèi)逸出的電子數(shù)決定于哪些因素？光電流決定于哪些因素?電子逸出時(shí)的初動(dòng)能會(huì)與哪些因素有關(guān)？存在動(dòng)能的上限嗎？光光的頻率(波長)，強(qiáng)度哪些因素會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果？,材料哪些材料可以發(fā)生光電效應(yīng)？同種材料會(huì)存在能發(fā)生光電效應(yīng)的最低頻率或最低強(qiáng)度嗎？材料的逸出功與哪些因素有關(guān)？光電子從有光照到有電子逸出的時(shí)間間隔會(huì)與哪些因素有關(guān)呢？單位時(shí)間內(nèi)逸出的電子數(shù)決定于哪些因素？光電流決定于哪些因素?電子逸出時(shí)的初動(dòng)能會(huì)與哪些因素有關(guān)？存在動(dòng)能的上限嗎？光光的頻率(波長)，強(qiáng)度哪些因素會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果？,實(shí)驗(yàn)研究方向交流與討論,歷史上對(duì)光電效應(yīng)特別感興趣的科學(xué)家代表勒納德,湯姆孫等),勒納德,光電效應(yīng)規(guī)律進(jìn)一步研究實(shí)驗(yàn)方案,A陽極,K陰極,真空光電管,抽真空,陽極引腳,陰極引腳,光束,光電效應(yīng)的研究內(nèi)容及研究方案,觀察不同光強(qiáng)、不同頻率(顏色)有無電流,觀察有光照到有電流的時(shí)間間隔,觀察光電流,最大光電流,觀察遏止電壓,光電效應(yīng)規(guī)律研究最終實(shí)驗(yàn)裝置,電源反向,+,可加濾光片,如果你是穿越到1900年代的物理學(xué)家,持有以下觀點(diǎn),預(yù)言實(shí)驗(yàn)結(jié)果,經(jīng)典電磁波理論：電子可以持續(xù)不斷的吸收電磁波的能量，通常吸收的能量會(huì)被傳遞到其他部分，一旦能量可以持續(xù)地積累，電子就會(huì)成批地從金屬表面逸出。,光電效應(yīng)規(guī)律研究最終實(shí)驗(yàn)裝置,電源反向,+,可加濾光片,光電效應(yīng)的經(jīng)典理論預(yù)測(cè)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果,*,*,*,*,*,*,*,*,觀察實(shí)驗(yàn)并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果,與頻率、強(qiáng)度都有關(guān),光強(qiáng)弱時(shí)需時(shí)t長,光強(qiáng)強(qiáng)需時(shí)t短,同頻率光,光強(qiáng)強(qiáng),nt大,飽和光電流大,同頻率光,光強(qiáng)強(qiáng),光照時(shí)間長,逸出電子的Ekm大,遏止電壓大,*,*,*,*,觀察實(shí)驗(yàn)并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果,不同強(qiáng)度的光,都能有光電子逸出,t與強(qiáng)度有關(guān),光強(qiáng)弱時(shí)需時(shí)t長,光強(qiáng)強(qiáng)需時(shí)t短,同頻率光,光強(qiáng)強(qiáng),nt大,飽和光電流大,同頻率光,光強(qiáng)強(qiáng),光照時(shí)間長,逸出電子的Ekm大,遏止電壓大,光越強(qiáng)，飽和電流越大,材料一定時(shí),光電子能量只與入射光顏色(頻率)有關(guān),與光強(qiáng)無關(guān),存在某一頻率(截止頻率),高于截止頻率,低于截止頻率,即使施加正向電壓,也沒有光電流,即使入射光強(qiáng)度很小,t仍很短,10-9s,經(jīng)典理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較,光越強(qiáng),飽和電流越大,材料一定時(shí),光電子能量只與入射光顏色(頻率)有關(guān),與光強(qiáng)無關(guān),低于截止頻率,不施加電壓,也沒有光電流,無論入射光怎么微弱，時(shí)間間隔10-9s,光越強(qiáng),單位時(shí)間發(fā)射電子數(shù)越多,飽和電流越大,同材料,光越強(qiáng),時(shí)間越長,電子逸出時(shí)Ekm越大,遏止電壓越大,只要時(shí)間足夠長,都能發(fā)生光電效應(yīng),不存在截止頻率,若光很弱,得有足夠時(shí)間,電子才能出來,愛因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋,關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)試探性觀點(diǎn),光的能量并不是如經(jīng)典模型所假設(shè)的那樣均勻的分布與波前，而是不連續(xù)的由有限數(shù)目的能量子所組成。從一點(diǎn)發(fā)出的光線傳播時(shí)，能量是不連續(xù)分布的，而且是由一個(gè)數(shù)目有限的局限于空間的能量子(E=hv)所組成，它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)中不瓦解，并且只能整個(gè)地被吸收或發(fā)射。,設(shè)金屬的逸出功為W0,試根據(jù)能量守恒定律寫出愛因斯坦解釋下，逸出電子的最大初動(dòng)能,？,光越強(qiáng),單位時(shí)間到達(dá)鋅板光子數(shù)較多,單位時(shí)間產(chǎn)生的光電子數(shù)多,飽和電流大,存在遏止電壓,且對(duì)同種材料、相同入射光顏色，遏止電壓與光強(qiáng)無關(guān);,存在截止頻率,同一材料,高于截止頻率總有光電流,低于截止頻率沒有光電流,電子一次性吸收光子全部能量,不需要積累,光越強(qiáng)，飽和電流越大,材料一定時(shí),光電子能量只與入射光顏色(頻率)有關(guān),與光強(qiáng)無關(guān),低于截止頻率,不施加電壓,也沒有光電流,無論入射光怎么微弱，時(shí)間間隔10-9s,？,密立根的實(shí)驗(yàn)(1907-1916),密立根,如何驗(yàn)證愛因斯坦的方程正確與否？,作UC-圖象,將愛因斯坦方程得出的h值與普朗克通過黑體輻射計(jì)算的值比較,Uc/V,下表是按照密立根的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的某金屬的UC和的幾組數(shù)據(jù).,5.5,6,6.5,7,5,4.5,4,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,/(1014Hz),試作出UC-圖象并通過圖象求出：(1)這種金屬的截止頻率;(2)普朗克常量,C=4.27x1014Hz,h=6.30 x10-34Js,愛因斯坦由于對(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),創(chuàng)新,求實(shí),小結(jié),1.光電效應(yīng)：某些光照到金屬時(shí),在金屬表面有電子逸出從而引起其電性質(zhì)變化的現(xiàn)象。2.實(shí)驗(yàn)裝置和結(jié)果：存在飽和光電流存在遏止電壓存在截止頻率光照有光電子逸出時(shí)間間隔為10-9s3.光電效應(yīng)方程:4.基本概念：光電子，逸出功，光子，最大初動(dòng)能，截止頻率，遏止電壓,作業(yè)：關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象的拓展思考,電子一次只吸收一個(gè)光子嗎？吸收一個(gè)光子的概率有多大？只有金屬