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(共23張PPT)
第四章
原子結構和波粒二象性
4.2光電效應
關于光的爭論
托馬斯·楊
馬呂斯
菲涅耳
愛因斯坦
PK
麥克斯韋
把一塊鋅板連接在驗電器上，用紫外線燈照射鋅板，觀察驗電器指針的變化。
請觀察
這個現象說明了什么問題？
用紫外線燈照射的瞬間，檢流計指針發生明顯偏轉。
實驗現象：
這意味著，紫外線會讓電子從鋅板表面逸出到達銅網。
新知講解
當光線（包括不可見光）照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現象，稱為光電效應。逸出的電子稱為光電子。
光電子定向移動形成的電流叫光電流。
思考與討論
電子為什么會逸出？
逸出功：外界做功使電子脫離金屬，做功最小值叫作這種金屬的逸出功。
逸出功的大小應該與材料自身有關。
設計電路
設計實驗探究光電效應中電子 的逸出情況與光照強弱、光的頻率等的關系
實驗預測
依據光是電磁波的傳統理論，預測實驗可能出現哪些現象？
1.光電流與頻率無關，無論光照強度多大，只要有光就可以，當電子積累的能量達到一定程度就一定會逸出，形成光電流。
2.光強越大，光電子動能越大。
3.光強越大，電子積累能量用時越短。光照強度弱，用時長。
4.同一光照強度，正向電壓越大，到達正極的光電子越多，光電流越大。
1.是否一定會形成光電流，與光的頻率有關系嗎？
2.逸出光電子的動能與什么有關？
3. 光電子積累能量需要時間嗎？
4.同一光照強度，光電流大小與加速電壓有無關系？
在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流趨于一個飽和值。
在光的頻率不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大。
這說明，在一定的光照條件下，單位時間內陰極K發射的光電子的數目是一定的，電壓增加到一定值時，所有光電子都被陽極A吸收，這時即使再增大電壓，電流也不會增大。
這說明，對于一定頻率（顏色）的光，入射光越強，單位時間內發射的光電子數越多。
1、存在飽和電流
一、光電效應的實驗規律
反向電壓增加，光電流減小。
2、存在遏止電壓：Uc
光電流減小到0的反向電壓Uc稱為遏止電壓。

擁有最大初動能（能量）的光電子到達A極時，動能剛好減小為零，而動能的改變是由于電場力做功：
施加反向電壓
實驗表明當入射光的頻率改變時，遏止電壓也會發生變化。
3、存在截止頻率
大量實驗表明：入射光的頻率必須高于某一極限頻率才能發生光電效應。當入射光的頻率低于截止頻率時不發生光電效應。
實驗表明，不同的金屬材料的截止頻率不同。換句話說，截止頻率與金屬自身的性質有關。
實驗現象：
紫外光可以讓鋅片發生光電效應，日光燈不能。說明光電效應與入射光的頻率有關。
金屬 鎢 鈣 鈉 鉀 銣
vc/（1014HZ） 10.95 7.73 5.53 5.44 5.15
W0/eV 4.54 3.20 2.29 2.25 2.13
幾種金屬的截止頻率和逸出功
實驗現象：
光照的瞬間檢流計發生偏轉
4、光電效應具有瞬時性
實驗發現：無論入射光多弱，都會在照射到金屬時立即產生光電子，精確測量表明這個時間<10-9s，也就是說電子不需要積累能量的時間。
光的電磁理論與光電效應的矛盾
要點總結
電磁理論
＊不存在截止頻率
＊遏止電壓→光強
＊需要長時間
存在截止頻率
遏止電壓
→頻率
瞬時<10-9s
實驗結果
光電效應中的一些重要現象無法用經典電磁理論解釋，這引發了物理學家們的認真思考。
二、愛因斯坦的光電效應理論
1. 光量子理論
能量量子化認為：電磁波的輻射和吸收是不連續的，一份兒一份兒的，每一份叫做一個能量子。
愛因斯坦認為：光本身就是由一個個不可分割能量子組成的。每一份稱為光量子，簡稱光子。
E = hν
光子的能量：
2. 光電效應方程
EK=hν-w0
——光電子最大初動能
—————金屬的逸出功
W0
金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，一部分大小為W0的能量被電子用來脫離金屬，剩下的是逸出后電子的初動能，
愛因斯坦的光電效應理論能否解釋實驗的各種現象？
遏
止
電
壓
光電流與電壓的關系
紅光
紅光
紫光
3. 愛因斯坦對光電效應實驗規律的解釋
請同學們嘗試用愛因斯坦的光量子理論解釋光電效應現象。
理論檢驗
電磁理論
＊不存在截止頻率
＊遏止電壓→光強
＊需要長時間
存在截止頻率
遏止電壓
→頻率
瞬時<10-9s
實驗結果
√
√
√
光量子理論
√
？
光同時具備了波和粒子的性質---------光的波粒二相性！
實驗檢驗
4.密立根驗證光電效應方程
EK=hv-w0
測量金屬的遏止電壓Uc和入射光的頻率v，計算出普朗克常量h，并與普朗克通過黑體輻射得出的h相比較。
誤差不超過0.5%。
小結
1.光電效應的規律
（1）存在截至頻率
（2）存在飽和電流
（3）存在遏止電壓
（4）具有瞬時性
2.愛因斯坦的光電效應理論
光量子理論完美的解釋了光電效應
托馬斯·楊
馬呂斯
菲涅耳
愛因斯坦
麥克斯韋
密里根
格物致理 永無止境！
內容小結：
1. 光電效應實驗的裝置如圖所示，則下列說法正確的是( )
A. 用紫外線照射鋅板，驗電器指針會發生偏轉
B. 用紅色光照射鋅板，驗電器指針會發生偏轉
C. 鋅板帶的是負電荷
D. 使驗電器指針發生偏轉的是正電荷
AD
當堂練習
2. 入射光照射到某金屬表面上發生光電效應，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，那么( )
A. 從光照射金屬表面到發射出光電子之間的時間間隔將明顯增加
B. 逸出的光電子的最大初動能將減小
C. 單位時間內從金屬表面逸出的光電子數目將減少
D. 有可能不發生光電效應
C
3. 關于光電效應的規律，下列說法正確的是( )
A. 當某種色光照射金屬表面時，能產生光電效應，則入射光的頻率越高，產生的光電子的最大初動能越大
B.當某種色光照射金屬表面時，能產生光電效應，則入射光的強度越大，產生的光電子數越多
C.同一頻率的光照射不同的金屬，如果都能產生光電效應，則逸出功大的金屬產生的光電子的最大初動能也越大
D.對某種金屬，入射光波長必須小于某一極限波長，才能有光電子逸出
ABD
4.鋁的逸出功是4.2eV，現在將波長200nm的光照射鋁表面．求：
（1）光電子的最大初動能；
（2）遏制電壓；
（3）鋁的截止頻率．
解：（1）根據愛因斯坦光電效應方程，得
（2）遏止電壓Uc滿足 ,得遏止電壓
(3)由 得截止頻率

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