第二節(jié)光電效應(yīng)與光量子說1/38一、光電效應(yīng)、光波動說困難1．定義：光照射在金屬表面上時，金屬中電子因吸收光能量而逸出金屬表面現(xiàn)象．2．光電效應(yīng)特征(1)任何金屬均存在截止頻率(極限頻率)，只有________截止頻率，才能引發(fā)光電效應(yīng)．(2)發(fā)生光電效應(yīng)時，光電流大小由______決定，______越大，光電流越大．(3)光電子最大初動能與入射光頻率成_____關(guān)系．(4)光電效應(yīng)含有瞬時性，發(fā)生時間不超出10－9s.3．光波動說無法解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象．超出光強(qiáng)光強(qiáng)線性自主學(xué)習(xí)2/38二、光量子概念提出、光電效應(yīng)方程1．光子說：愛因斯坦提出，在空間傳輸光不是連續(xù)，而是一份一份，每一份叫做一個光量子，簡稱_______2．光子能量ε＝hν，其中ν指光______光電效應(yīng)顯示了光_______3．光電效應(yīng)方程：______________4．光量子說能很好地解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象．光子．頻率．粒子性．hν＝mv2＋W3/38問題1：人類對光本性認(rèn)識發(fā)展經(jīng)歷了哪些主要過程？4/38小結(jié)：人類對光本性認(rèn)識歷史進(jìn)程：微粒說：認(rèn)為光是一個粒子代表人物：牛頓

波動說：認(rèn)為光是一個波代表人物：惠更斯光電磁說：光是電磁波提出者：麥克斯韋5/38用弧光燈照射擦得很亮鋅板，(注意用導(dǎo)線與不帶電驗(yàn)電器相連），使驗(yàn)電器張角增大到約為30度時，再用與絲綢磨擦過玻璃棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器指針張角會變大。。試驗(yàn)：光電效應(yīng)現(xiàn)象表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電學(xué)習(xí)活動一．認(rèn)識光電效應(yīng)6/38小結(jié)：光電效應(yīng)與光電流：物體在光照射下發(fā)射電子現(xiàn)象叫光電效應(yīng)，發(fā)射出來電子叫光電子。光電管就是利用光電效應(yīng)制成一個光學(xué)元件，它作用是把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栆驗(yàn)楣怆娦?yīng)在電路中形成電流叫光電流。7/38問題2：光電效應(yīng)試驗(yàn)得出了哪些規(guī)律？學(xué)習(xí)活動二光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律8/38陽極陰極石英窗

光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出----光電子。光電子在電場作用下形成光電流。光電效應(yīng)試驗(yàn)9/38陽極陰極

將換向開關(guān)反接，電場反向，則光電子離開陰極后將受反向電場妨礙作用。

當(dāng)K、A間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當(dāng)電壓到達(dá)某一值Uc時，光電流恰為0。Uc稱遏止電壓。遏止電壓10/38光強(qiáng)較弱光電效應(yīng)伏安特征曲線光電效應(yīng)試驗(yàn)裝置IUcOU遏止電壓陽極陰極光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律11/38Ua光電效應(yīng)試驗(yàn)裝置IIsOU光強(qiáng)較強(qiáng)光強(qiáng)較弱光電效應(yīng)伏安特征曲線遏止電壓飽和電流光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律陽極陰極12/38光電效應(yīng)規(guī)律：光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律：④光電效應(yīng)發(fā)生時間非常短暫，幾乎不需要時間①只有當(dāng)入射光頻率高于某一頻率v0時才能發(fā)生光電效應(yīng)，把這一頻率v0叫極限頻率

②單位時間內(nèi)發(fā)射光電子數(shù)目跟入射光強(qiáng)度成正比③光電子最大初動能只跟入射光強(qiáng)度無關(guān)，它隨入射光頻率增大而增大13/38問題3：光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律與經(jīng)典電磁理論產(chǎn)生了什么矛盾？學(xué)習(xí)活動三．光電效應(yīng)解釋中疑難

14/38波動理論對光電效應(yīng)解釋困難：波動理論光電效應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果困難1光能由振幅決定，與光頻率無關(guān)，只要光強(qiáng)足夠大（不論入射光頻率多），總能夠使電子取得足夠能量從而發(fā)生光電效應(yīng)假如ν﹤ν0，不論光強(qiáng)有多大，都不能發(fā)生光電效應(yīng)，光能應(yīng)由光頻率來決定困難2光強(qiáng)越大，電子可取得更多能量，光電子最大初動能也應(yīng)該越大，遏止電壓也應(yīng)越大。即出射電子最大初動能應(yīng)該由光強(qiáng)來決定光電子最大初動能、遏止電壓都與光強(qiáng)無關(guān)，而與頻率相關(guān)困難3光強(qiáng)大時，電子能量積累時間就短，光強(qiáng)小時，能量積累時間就長當(dāng)入射光照射到光電管陰極時，不論光強(qiáng)怎樣，幾乎瞬間就產(chǎn)生了光電子15/38問題4：為了解釋光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律愛因斯坦提出了光量子說，其內(nèi)容是什么？是怎樣解釋？學(xué)習(xí)活動四：愛因斯坦光量子假設(shè)16/38量子假說光子：普朗克量子假說：在微觀世界里，物理量取值很多時候是不連續(xù)，只能取一些分立值，這稱為量子化現(xiàn)象。愛因斯坦光子假說：在空間傳輸光不是連續(xù)，而是一份一份，每一份叫做一個光量子，簡稱光子，光子能量E跟光頻率ν成正比。光子能量E＝hν其中h是一個常量，叫普朗克常量：

h=6.63×10－34J.s17/38光電方程光子說對光電效應(yīng)解釋：在光電效應(yīng)中，入射光能量等于出射光電子最大初動能與逸出功之和：即：或這叫愛因斯坦光電效應(yīng)方程，簡稱光電方程使金屬表面電子能擺脫原子核引力而逸出成為光電子所需做功叫逸出功18/383.從方程能夠看出光電子初動能和照射光頻率成線性關(guān)系4.從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動能為零時，可得極極限頻率：

愛因斯坦對光電效應(yīng)解釋：1.光強(qiáng)大，光子數(shù)多，釋放光電子也多，所以光電流也大。2.電子只要吸收一個光子就能夠從金屬表面逸出，所以不需時間累積。19/38因?yàn)閻垡蛩固固岢龉庾蛹僬f成功地說明了光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎。

愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)初并未被物理學(xué)家們廣泛認(rèn)可，因?yàn)樗耆`反了光波動理論。光電效應(yīng)理論驗(yàn)證

美國物理學(xué)家密立根，花了十年時間做了“光電效應(yīng)”試驗(yàn)，結(jié)果在1915年證實(shí)了愛因斯坦方程，h值與理論值完全一致，又一次證實(shí)了“光量子”理論正確。20/38愛因斯坦因?yàn)閷怆娦?yīng)理論解釋和對理論物理學(xué)貢獻(xiàn)取得1921年諾貝爾物理學(xué)獎密立根因?yàn)檠芯炕倦姾珊凸怆娦?yīng)，尤其是經(jīng)過著名油滴試驗(yàn)，證實(shí)電荷有最小單位。取得1923年諾貝爾物理學(xué)獎。21/38金屬銫鈉鋅銀鉑波長（μm）0.66000.50000.37200.26000.1962頻率（Hz）4.545×10146.000×10148.065×10141.153×10141.529×1014部分金屬極限頻率和波長幾個金屬逸出功銫鈣鎂鈹鈦逸出功W/eV1.92.73.73.94.122/38放大器控制機(jī)構(gòu)能夠用于自動控制，自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。光電效應(yīng)在近代技術(shù)中應(yīng)用1.光控繼電器可對微弱光線進(jìn)行放大，可使光電流放大105~108倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。2.光電倍增管23/38應(yīng)用光電管光電源電流計IAK24/38例1.(年高考廣東理綜卷)光電效應(yīng)試驗(yàn)中，以下表述正確是(

)A．光照時間越長光電流越大B．入射光足夠強(qiáng)就能夠有光電流C．遏止電壓與入射光頻率相關(guān)D．入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子問題分析25/38解析：在光電效應(yīng)中，若照射光頻率小于極限頻率，不論光照時間多長，光照強(qiáng)度多大，都無光電流，當(dāng)照射光頻率大于極限頻率時，立刻有光電子產(chǎn)生，時間間隔很小，故A、B錯誤，D正確．由－eU＝0－Ek，Ek＝hν－W，可知U＝(hν－W)/e，即遏止電壓與入射光頻率ν相關(guān)．【答案】

CD26/38變式訓(xùn)練1以下光子說解釋光電效應(yīng)規(guī)律說法中，正確有(

)A．存在極限頻率是因?yàn)楦鞣N金屬都有一定逸出功B．光頻率越高，電子得到光子能量越大，逸出后飛離金屬最大初動能越大C．電子吸收光子能量后動能馬上增加，成為光電子不需要時間D．光強(qiáng)度越大，單位時間內(nèi)入射光子數(shù)越多，光電子數(shù)越多，光電流越大27/38解析：選ABD.因?yàn)楦鞣N金屬都有一定逸出功，所以光照射金屬時電子不一定逸出，所以存在極限頻率，A選項正確；光頻率越高，電子得到光子能量越大，克服逸出功后飛離金屬最大初動能越大，B選項正確；電子吸收光子能量后不一定逸出，也不一定成為光電子，C選項錯誤；產(chǎn)生光電效應(yīng)后，光強(qiáng)度越大，產(chǎn)生光電效應(yīng)電子越多，逸出光電子也就越多，光電流也就越大，D選項正確．28/38例2.在做光電效應(yīng)試驗(yàn)時，某金屬被光照射發(fā)生了光電效應(yīng)，試驗(yàn)測得光電子最大初動能Ek與入射光頻率ν關(guān)系如圖所表示，由試驗(yàn)圖線可求出(

)A．該金屬極限頻率和極限波長B．普朗克常量C．該金屬逸出功D．單位時間內(nèi)逸出光電子數(shù)29/38【思緒點(diǎn)撥】由題目可知光電子最大初動能與入射光頻率之間關(guān)系圖像，解答本題可先由光電效應(yīng)方程寫出最大初動能與入射光頻率關(guān)系式，再明確圖像斜率、截距等物理意義，進(jìn)而分析判斷．【解答】依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W可知，當(dāng)Ek＝0時，ν＝ν0，即圖像中橫坐標(biāo)截距在數(shù)值上等于金屬極限頻率．30/38圖線斜率k＝tanθ＝.可見圖線斜率在數(shù)值上等于普朗克常量．據(jù)圖像，假設(shè)圖線延長線與Ek軸交點(diǎn)為C，其截距為W，有tanθ＝W/ν0.而tanθ＝h，所以W＝hν0.即圖像中縱坐標(biāo)軸截距在數(shù)值上等于金屬逸出功．【答案】

ABC31/38變式訓(xùn)練2用不一樣頻率紫外線分別照射鎢和鋅表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子最大初動能Ek隨入射光頻率ν改變Ek－ν圖像．已知鎢逸出功是3.28eV，鋅逸出功是3.34eV，若將二者圖線畫在同一個坐標(biāo)圖中，以實(shí)線表示鎢，虛線表示鋅，如圖所表示，能正確反應(yīng)這一過程圖像是(

)32/38解析：選A.依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W可知Ek－ν圖像斜率為普朗克常量h，所以圖中兩線應(yīng)平行，C、D錯；圖線與橫軸交點(diǎn)表示恰能發(fā)生光電效應(yīng)(光電子動能為零)時入射光頻率即極限頻率．由光電效應(yīng)方程可知，逸出功越大金屬對應(yīng)入射光頻率越高，所以能使金屬鋅發(fā)生光電效應(yīng)極限頻率較高．所以A對，B錯．33/381、___________________________現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，發(fā)射出來電子叫____________。物體在光照射下發(fā)射電子光電子針對訓(xùn)練2、光電管作用是把_______信號轉(zhuǎn)變?yōu)開_____信號。由于光電管發(fā)生光電效應(yīng)而在電路中形成電流叫_________。光電光電流3、在演示光電效應(yīng)試驗(yàn)中，原來不帶電一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時，驗(yàn)電器指針張開一個角度，如圖所表示，這時()A．鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B．鋅板帶正電，指針帶正電C．鋅板帶負(fù)電，指針帶正電 D．鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電B34/385、已知銫極限頻率為4.545×1014Hz，鈉為6.0×1014Hz，銀為1.153×1015Hz，鉑為1.529×1015Hz，當(dāng)用波長為375nm光照射它們時，可發(fā)生光電效應(yīng)是__________________。（光速c=3.0×108m/s，光速與波長、頻率關(guān)系：c=λf）銫和鈉4、若用綠光照射某種金屬板不能發(fā)生光電效應(yīng)，則以下哪一個方法可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)（）A.增大入射光強(qiáng)度B.增加光照射時間C.改用黃光照射D.改用紫光照射D35/386、某種頻率光射到金屬表面上時，金屬表面有電子逸出，若光頻率不變而強(qiáng)度減弱，那么下述結(jié)論中正確是A．光強(qiáng)度減弱到某一數(shù)值時，就沒有電子逸出B．逸出電子數(shù)一定降低C．逸出電子數(shù)有可能增加D．逸出電子數(shù)有可能不變B7、以下關(guān)于光電效應(yīng)說法正確是（

）

A．光電子動能隨照射光頻率增大而增大

B．光電子初速度與照射光頻率成正比

C．光電子最大初動能與照射光頻率成正比

D．光電子最大初動能隨照射光頻率增大而增大8、用綠光照射一光電管能產(chǎn)生光電效應(yīng)，欲使光電子從陰極逸出時最大初動能增大應(yīng)（）A．改用紅光照射B．增大綠光強(qiáng)度C．增大光電管上加速電壓D．改用紫光照射DD36/389、已知某單色光波長為λ，在真空中傳輸速度為c，普朗克常量為h，則該電磁波輻射能量子值為()A．hc/λB．hλ/cC．h/λD．h