第172課第1課時(shí)光的粒子性第172課第1課時(shí)問(wèn)題：回顧前面的學(xué)習(xí)，總結(jié)人類(lèi)對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程？19世紀(jì)60年代麥克斯韋從理論上確認(rèn)光是電磁波19世紀(jì)80年代赫茲從實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)了電磁波的存在但是隨后的實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)了光的另外一層不為人知的一面！問(wèn)題：回顧前面的學(xué)習(xí)，總結(jié)人類(lèi)對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程？1電磁波譜電磁波譜用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線(xiàn)與不帶電的驗(yàn)電器相連），使驗(yàn)電器張角增大到約為30度時(shí)，再用與絲綢磨擦過(guò)的玻璃棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。。表明鋅板在射線(xiàn)照射下失去電子而帶正電用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線(xiàn)與不帶電的驗(yàn)電器相連（1）在弧光燈和鋅板之間插入一塊普通玻璃板，再用弧光燈照射，看到的現(xiàn)象是指針明顯較小，說(shuō)明__________________________________鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)是光中紫外線(xiàn)照射的結(jié)果(2)撤去弧光燈，換用白熾燈發(fā)出的強(qiáng)光照射鋅板，并且照射較長(zhǎng)時(shí)間，看到的現(xiàn)象為觀(guān)察不到指針的偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明_____________________________可見(jiàn)光不能使鋅板失去電子后續(xù)實(shí)驗(yàn)觀(guān)察:（1）在弧光燈和鋅板之間插入一塊普通玻璃板，再用弧光燈照鋅板一光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律概念：什么是光電效應(yīng)當(dāng)光線(xiàn)(包括不可見(jiàn)光)照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱(chēng)為光電效應(yīng)。逸出的電子稱(chēng)為光電子。光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電流說(shuō)明：光電效應(yīng)中的光包括不可見(jiàn)光和可見(jiàn)光光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)的光電子，其本質(zhì)還是電子一光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律概念：什么是光電效應(yīng)當(dāng)光線(xiàn)(包括不可見(jiàn)1存在飽和電流

實(shí)驗(yàn)規(guī)律一①光照條件不變，增大UAK，電流變讀數(shù)增大，當(dāng)電壓表讀數(shù)超過(guò)某值時(shí)，A表中電流達(dá)到某一值后不再增大，即達(dá)到飽和值。說(shuō)明：在一定光照下，單位時(shí)間從K板逸出的電子數(shù)目是一定的，當(dāng)電壓超過(guò)某一值，所有電子都被A板吸收，電流達(dá)到飽和值。②光的顏色不變，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大！說(shuō)明：同種色光，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)的逸出光電子越多，飽和電流越大1存在飽和電流實(shí)驗(yàn)規(guī)律一①光照條件不變，增大UAK，電實(shí)驗(yàn)規(guī)律二2存在遏止電壓和截止頻率當(dāng)電壓為0時(shí)，電流表仍有示數(shù)①當(dāng)K、A間加反向電壓，光電子克服電場(chǎng)力作功，當(dāng)電壓達(dá)到某一值Uc時(shí)，光電流恰為0。Uc稱(chēng)遏止電壓。說(shuō)明：光電子有一定的初動(dòng)能②光電子的最大初動(dòng)能：實(shí)驗(yàn)規(guī)律二2存在遏止電壓和截止頻率當(dāng)電壓為0時(shí)，電流表仍有③對(duì)于顏色（頻率）一定的光，Uc均相同，和光的強(qiáng)弱無(wú)光，若顏色（頻率）改變，則Uc也改變說(shuō)明：光電子的能量?jī)H與光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)③對(duì)于顏色（頻率）一定的光，Uc均相同，和光的強(qiáng)弱無(wú)光，若實(shí)驗(yàn)規(guī)律三3無(wú)論入射光怎樣微弱，只要頻率超過(guò)截止頻率，從光開(kāi)始照射到光電逸出所需時(shí)間<10-9s，光電效應(yīng)是瞬時(shí)的。④當(dāng)入射光頻率

>c

時(shí)，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率

<c時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大也無(wú)電子逸出金屬表面；稱(chēng)c為截止頻率（極限頻率）說(shuō)明：入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)對(duì)于每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的截止頻率c

。

實(shí)驗(yàn)規(guī)律三3無(wú)論入射光怎樣微弱，只要頻率超過(guò)截止頻率，從二.光電效應(yīng)解釋中的疑難1逸出功使電子脫離某種金屬所做功的最小值——逸出功幾種金屬的逸出功和極限頻率金屬鎢鈣鈉鉀銣Vc/1014HZ10.957.735.535.445.15W0/eV4.543.202.292.252.13當(dāng)光照射金屬表面時(shí)，若電子吸收的能量與原有的熱運(yùn)動(dòng)能量之和超過(guò)逸出功，電子就從表面逸出，成為光電子。

光越強(qiáng)，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大，與實(shí)驗(yàn)結(jié)論相符。二.光電效應(yīng)解釋中的疑難1逸出功使電子脫離某種金屬所做功經(jīng)典理論無(wú)法解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

經(jīng)典認(rèn)為，按照經(jīng)典電磁理論:1.入射光的光強(qiáng)越大，光電子逸出時(shí)的能量（初動(dòng)能）也應(yīng)該越大,所以遏止電壓應(yīng)該與光的強(qiáng)弱有關(guān)（實(shí)驗(yàn)表明：遏止電壓只與入射光的頻率有關(guān)與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)）2.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（實(shí)驗(yàn)表明：飽和電流不僅與光強(qiáng)有關(guān)而且與頻率有關(guān)，光電子初動(dòng)能也與頻率有關(guān)。只要頻率高于極限頻率，即使光強(qiáng)很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)再大也沒(méi)有光電流。）3.如果光很弱，電子吸收能量要時(shí)間，即需能量的積累過(guò)程。（實(shí)驗(yàn)表明：光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性）。

為了解釋光電效應(yīng)，愛(ài)因斯坦在能量子假說(shuō)的基礎(chǔ)上提出光子理論，提出了光量子假設(shè)?！救珖?guó)百?gòu)?qiáng)校】河南省洛陽(yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)【全國(guó)百?gòu)?qiáng)?！亢幽鲜÷尻?yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)經(jīng)典理論無(wú)法解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。經(jīng)典認(rèn)為，按照經(jīng)三.愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程1.光子（能量子）

光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的，而且本身就是一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為光的能量子為h（h為普朗克常量）

頻率為的光是由大量能量為=h

光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速c運(yùn)動(dòng)。這些能量子后來(lái)被稱(chēng)為光子【全國(guó)百?gòu)?qiáng)?！亢幽鲜÷尻?yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)【全國(guó)百?gòu)?qiáng)?！亢幽鲜÷尻?yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)三.愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程1.光子（能量子）2光電效應(yīng)方程一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量hν后，一部分能量用來(lái)克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能Ek，由能量守恒可得出,即：W。為電子逸出金屬表面所需做的功，稱(chēng)為逸出功；

為光電子的最大初動(dòng)能。3光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋為什么存在著極限頻率？為什么光電效應(yīng)是瞬時(shí)的？【全國(guó)百?gòu)?qiáng)?！亢幽鲜÷尻?yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)【全國(guó)百?gòu)?qiáng)?！亢幽鲜÷尻?yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)2光電效應(yīng)方程一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量hν后，一部分能光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率有關(guān)而且成線(xiàn)性關(guān)系，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。只有當(dāng)h

>W0

時(shí)，才有光電子逸出，

c=

W0/h

就是光電效應(yīng)的截止頻率。②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)發(fā)生的。③對(duì)于同種顏色（頻率）的光，光強(qiáng)較大時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子多，因而飽和電流大。飽和電流和光強(qiáng)成正比！

愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)圓滿(mǎn)解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動(dòng)理論?！救珖?guó)百?gòu)?qiáng)?！亢幽鲜÷尻?yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)【全國(guó)百?gòu)?qiáng)校】河南省洛陽(yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率有關(guān)而且成線(xiàn)性關(guān)系，與光愛(ài)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(guò)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)光電效應(yīng)顯示了光的粒子性光電效應(yīng)理論的驗(yàn)證

美國(guó)物理學(xué)家密立根，花了十年時(shí)間做了“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，結(jié)果在1915年證實(shí)了愛(ài)因斯坦方程，h的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確?！救珖?guó)百?gòu)?qiáng)?！亢幽鲜÷尻?yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)【全國(guó)百?gòu)?qiáng)?！亢幽鲜÷尻?yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)愛(ài)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19Ek－ν曲線(xiàn).如圖所示是光電子最大初動(dòng)能Ek隨入射光頻率ν的變化曲線(xiàn).橫軸上的截距是

縱軸上的截距是

；斜率為

截止頻率(或極限頻率)逸出功的負(fù)值普朗克常量Uc－ν曲線(xiàn).如圖所示是光電子最大初動(dòng)能Ek隨入射光頻率ν的變化曲線(xiàn).橫軸上的截距是

縱軸上的截距是

；斜率為

h/e截止頻率-W0/e【全國(guó)百?gòu)?qiáng)校】河南省洛陽(yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)【全國(guó)百?gòu)?qiáng)?！亢幽鲜÷尻?yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)Ek－ν曲線(xiàn).截止頻率(或極限頻率)逸出功的負(fù)值普朗克常量U概念辨析1.光電子的初動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能(1)光照射到金屬表面時(shí)，光子的能量金部被電子吸收，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，オ具有最大初動(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。2.光子的能量與入射光的強(qiáng)度光子的能量即一個(gè)光子的能量，其值為E＝h(為光子的頻率)，可見(jiàn),光子的能量由光的頻率決定。入射光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積上的總能量，等于光子能量h與入射光子數(shù)n的乘積，即光強(qiáng)等于nh.【全國(guó)百?gòu)?qiáng)?！亢幽鲜÷尻?yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)【全國(guó)百?gòu)?qiáng)?！亢幽鲜÷尻?yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)概念辨析1.光電子的初動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能2.光子的能量3光電流和飽和光電流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，光電流趨于個(gè)飽和值，這個(gè)飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無(wú)關(guān)。4光的強(qiáng)度與飽和光電流飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比的規(guī)律是對(duì)頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的。對(duì)于不同頻率的光，由于每個(gè)光子的能量不同，飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒(méi)有簡(jiǎn)單的正比關(guān)系?！救珖?guó)百?gòu)?qiáng)?！亢幽鲜÷尻?yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)【全國(guó)百?gòu)?qiáng)校】河南省洛陽(yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)3光電流和飽和光電流4光的強(qiáng)度與飽和光電流【全國(guó)百?gòu)?qiáng)?！亢永?

(多選)如圖所示，用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，驗(yàn)電器指針張開(kāi)一個(gè)角度，則下列說(shuō)法中正確的是(

)A.用紫外線(xiàn)照射鋅板，驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)B.用紅光照射鋅板，驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)C.鋅板帶的是負(fù)電荷D.使驗(yàn)電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷解析將擦得很亮的鋅板與驗(yàn)電器連接，用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線(xiàn))，驗(yàn)電器指針張開(kāi)一個(gè)角度，說(shuō)明鋅板帶了電，進(jìn)一步研究表明鋅板帶正電.這說(shuō)明在紫外線(xiàn)的照射下，鋅板中有一部分自由電子從表面飛出，鋅板帶正電，選項(xiàng)A、D正確.紅光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng).答案

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【全國(guó)百?gòu)?qiáng)校】河南省洛陽(yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)【全國(guó)百?gòu)?qiáng)?！亢幽鲜÷尻?yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)例1(多選)如圖所示，用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，驗(yàn)電器指例2

入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，那么(

)A.從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加B.逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小C.單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少D.有可能不發(fā)生光電效應(yīng)解析

發(fā)生光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)的，選項(xiàng)A錯(cuò)誤.入射光的強(qiáng)度減弱，說(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)的入射光子數(shù)目減少；頻率不變，說(shuō)明光子能量不變，逸出的光電子的最大初動(dòng)能也就不變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤.入射光子的數(shù)目減少，逸出的光電子數(shù)目也減少，故選項(xiàng)C正確.入射光照射到某金屬上發(fā)生光電效應(yīng)，說(shuō)明入射光頻率不低于這種金屬的極限頻率，入射光的強(qiáng)度減弱而頻率不變，同樣能發(fā)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案

C

【全國(guó)百?gòu)?qiáng)?！亢幽鲜÷尻?yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)【全國(guó)百?gòu)?qiáng)?！亢幽鲜÷尻?yáng)市第一高級(jí)中學(xué)高中物理選修3-517.2光的粒子性課件(共23張PPT)例2入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減例3

如圖所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)時(shí)，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(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.6V時(shí)，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(shí)，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.3.1eV解析

由題意知光電子的最大初動(dòng)能為Ek＝eUc＝0.6eV所以根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可得W0＝hν－Ek＝(2.5－0.6)eV＝1.9eV答案

A

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