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(共27張PPT)
第四章 波粒二象性
粵教版 選擇性必修三
第二節 光電效應方程及其意義
知識回顧
一、光電效應：金屬在光的照射下發射電子的現象稱為
光電效應。
二、光電效應的實驗規律：
光電效應具有瞬時性；
存在截止頻率；
存在飽和電流；
存在遏止電壓。
三、經典電磁理論解釋的困難
疑難之一：遏止電壓由入射光頻率決定，與光的強弱無關；
疑難之二：存在截止頻率；
疑難之三：具有瞬時性。
Part 01
能量子假說
黑體輻射：對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關，而黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。
黑體輻射實驗：隨著溫度的升高
各種波長的輻射強度都有增加；
輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。
0 1 2 3 4
1700K
1500K
1300K
1100K
輻射強度
黑體輻射
實驗
瑞利線
維恩線
維恩的半經驗公式：
短波符合，長波不符合。
2. 瑞利—金斯公式波符合，短波荒唐。
——紫外災難
為了得出同實驗相符的黑體輻射公式，德國物理學家普朗克進行了多種嘗試。
經典的熱力學和電磁學的知識尋求黑體輻射的理論解釋
黑體輻射
一、能量子假說
2．物體熱輻射所發出的電磁波的能量是____________，只能是hν的整數倍，hν被稱為一個____________，其中ν是輻射頻率，h是一個常量，被稱為__________________，實驗測得h＝6.63×10－34 J·s，這種物理量分立取值的現象稱為____________現象．
不連續的
能量子
普朗克常量
量子化
1. 德國物理學家普朗克在對黑體輻射問題進行研究中，首次提出了一個與人類直接經驗相違背的大膽假說——能量子假說。
當帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的
能量子（energy quantum）理解
宏觀世界中：
能量可以是任意值，可以連續變化。
例如：物體的重力勢能，彈簧振子的彈性勢能。
微觀世界中：
微觀粒子的能量只能是一個一個的特定值，不能連續變化。（能量量子）
例如：物體的帶電量，電子繞原子核運動的軌道半徑。
經典
量子
連續
分立
光本身就是一個個不可分割的能量子，后來被叫做光子，其能量為：
愛因斯坦從普朗克的能量子說中得到了啟發，他提出：
經典電磁理論解釋的困難：
疑難之一：遏止電壓由入射光頻率決定，與光的強弱無關；
疑難之二：存在截止頻率；
疑難之三：具有瞬時性。
二、光子假說
1．當光與物質相互作用時，光的能量不是連續的，而是一份一份的光量子，這些光量子后來被稱為______．一個光子的能量ε＝______，式中h是普朗克常量，ν是光的頻率．
光子
hν
愛因斯坦的光量子假說
光和原子電子一樣也具有粒子性，每個光量子的能量也是E=hν，根據相對論的質能關系式，每個光子的動量為p=E/c=h/λ
2．同樣頻率的光，光的強弱反映了單位時間內射到單位面積的光子數的多少
Part 02
光子假說對光電效應的解釋
知識回顧
光電效應的實驗規律
光電效應實驗原理示意圖
存在截止頻率；
光電效應具有瞬時性；
存在飽和電流；
存在遏止電壓，與入射光頻率有關,與入射光的強弱無關
光子假說對光電效應的解釋
存在截止頻率；
按照光子假說，在光電效應中，
金屬的電子吸收一個光子獲得的能量為hν，
這些能量一部分用來克服金屬的束縛，剩余的部分轉化為電子的動能
光電效應方程：hν =W0+Ek
W0表示電子脫離某種金屬所做的功的最小值，稱為金屬的逸出功
Ek表示電子在光電效應中獲得的動能
（每個電子只能吸收一個光子，同時吸收兩個光子的概率幾乎為零）
光子假說對光電效應的解釋
存在截止頻率；
光電效應方程：hν =W0+Ek
入射光子的能量恰好等于金屬的逸出功
能發生光電效應：
光子假說對光電效應的解釋
光電效應具有瞬時性；
一定會有電子擺脫束縛逸出
同樣頻率的光，光的強弱反映了單位時間內射到單位面積的光子數的多少
單位時間內逸出電子數的多少
不需要積累能量的過程
瞬時性
電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電流自然幾乎是瞬時發生的。
光子假說對光電效應的解釋
存在飽和電流；
開始時，正向電壓越大，電子加速度越大，單位時間內到達陽極電子數增多
(1)正向電壓增加到一定值時，光電流飽和；
(2)頻率一定，入射光越強，飽和電流越大。
但光強一定，單位時間內射到單位面積的光子數一定，逸出電子數一定，單位時間內到達陽極電子數一定
光強越強，單位時間內射到單位面積的光子數越多，逸出電子數越多，
光子假說對光電效應的解釋
存在飽和電流；
(3)對于同種材料，同一光強下，頻率越高，飽和電流越小
光強一定，光的總能量一定
頻率越高，單位時間內射到單位面積的光子數越少，逸出電子數越少
光子假說對光電效應的解釋
存在遏止電壓；
遏止電壓只與頻率有關，與光強無關
光電效應方程：hν =W0+Ek
光電子的初動能只和入射光的頻率、金屬的逸出功有關，而和發光強度無關。
而遏止電壓是反映光電子初動能大小的物理量，因此遏止電壓由入射光頻率決定，與光強無關
如何測量光電管的截止頻率？
常見圖像
Ek = –W0
① 斜率k=h（普朗克常數）
② 橫截距νc（截止頻率）
③ 縱截距為－W0（逸出功的負值）
橫截距Uc（遏止電壓）
飽和電流
Part 03
康普頓效應
康普頓效應
康普頓效應
美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發現一部分散射出來的X射線波長變長，這個現象稱為康普頓效應
X射線
電子
反沖電子
散射射線
課堂小結
一、光子假說(愛因斯坦)
二、對光電效應的實驗規律的解釋
光電效應具有瞬時性；
存在截止頻率；
存在飽和電流；
存在遏止電壓。
課堂練習
銣
無
除了金屬鎢外，其余四種
1．（多選）現用某一光電管進行光電效應實驗，當用某一頻率的光入射時，有光電流產生。下列說法正確的是（ ）
入射光的頻率變高，飽和光電流變大
入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大
保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大
保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產生
BC
課堂練習
2．（多選）有關光電效應實驗，下列說法正確的是（ ）
在光顏色不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大
入射光越強，光電子的最大初動能越大，因而遏止電壓越大
不管入射光的頻率如何，只要光足夠強，就會有光電流產生
當入射光頻率超過截止頻率時，無論入射光怎樣微弱，都會瞬間產生光電流
AD
課堂練習
3. (多選) 如圖所示是利用光電管研究光電效應的實驗原理圖，用一定強度的某頻率的可見光照射光電管的陰極K，電流表中有電流通過，則( )
若將滑動變阻器的滑動觸頭置于b 端，電流表中一定有電流通過
若改用紫外線照射陰極K，電流表
中一定有電流通過
若將電源反接，光電管中可能有
電流通過
若減小可見光的光照強度，電流表
中一定無電流通過
ABC
課堂練習
4．（多選）光電效應現象的規律中，經典波動理論不能解釋的有( ）
入射光的頻率必須大于被照金屬的截止頻率時才產生光電效應
光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光頻率的增大而 增大
入射光照射到金屬表面上時，光電子的發射幾乎是瞬時的
當入射光頻率大于截止頻率時，光電子數目與入射光的強度成正比
ABC
課堂練習

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