高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应教学课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应教学课件ppt，共31页。PPT课件主要包含了典例分析，光量子理论，Ehν，EKhv-W0，两位wuli大佬，爱因斯坦质能方程，光子能量，光的波粒二象性，光学发展史，波动性等内容，欢迎下载使用。

1、光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。这 种电子常称为光电子。
⑷光电效应具有瞬时性<10-9s
光的电磁理论与光电效应相矛盾
爱因斯坦的光电效应理论
能量量子化认为：电磁波的辐射和吸收是不连续的，一份儿一份儿的，每一份叫做一个能量子。
爱因斯坦在普朗克量子假说的基础上，做了进一步假设，建立起光电效应理论。
振动着的带电微粒的能量是不连续的
假定电磁波本身的能量也是不连续的
爱因斯坦认为：光本身就是由一个个不可分割能量子组成的。每一份称为光量子，简称光子。
金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hv，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能。
通过这个方程爱因斯坦完美地解释了光电效应实验的规律。
——光电子最大初动能
式中 h 叫普朗克常量(h=6.63×10-34J·s)
注意：式中Ek是光电子的最大初动能,就某个光电子而言,其离开金属时的动能大小可以是 0~ Ek 范围内的任何数值。
3、光子说对光电效应的解释
光照射到金属中的电子时，一个电子只能吸收一个光子的能量，也就是hv的能量。
就是极限频率（也叫极限频率）
①斜率k=h（普朗克常数）②横截距νc（极限频率）③纵截距为－W0（逸出功的负值）
对某种金属W0一定，遏止电压Uc只与入射光的频率有关，与光强无关。
电子一次性吸收了光子的全部能量，所以自然不需要时间的积累。
对于同种频率的光，光较强时，单位时间内照射到金属表面的光子数较多, 照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。
到此为止光量子理论完美解释了光电效应的各种现象。
电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。（每个电子只能吸收一个光子，同时吸收两个光子的概率几乎为零）。
爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能 Ek 与入射光的频率v的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是截止电压 Uc。 那么，怎样得到截止电压Uc与光的频率v和逸出功W0的关系呢?
根据光电效应测得h与普朗克黑体辐射得出的h在误差范围内一致，这为爱因斯坦的光电效应理论提供了直接的实验证据，因此爱因斯坦获得1921年诺贝尔物理学奖。
4、密立根验证光电效应方程
美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在 1915 年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。
爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。
光子像其他粒子一样，也具有能量。光电效应显示了光的粒子性。
爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖
密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖
康普顿效应和光子的动量
光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。
说明能量有损失，导致波长变长。
入射的电磁波引起物质内部带电微粒的受迫振动，振动着的带电微粒进而再次产生电磁波，并向四周辐射，这就是散射波。散射的X射线频率应该等于带电粒子受迫振动的频率，也就是入射X射线的频率。相应地，X射线的波长也不会在散射中发生变化。
1923年，康普顿的学生，中国留学生吴有训参加了发现康普顿效应的研究工作。1925—1926年，吴有训用银的X射线为入射线, 以15种轻重不同的元素为散射物质，在同一散射角测量各种波长的散射光强度，作了大量 X 射线散射实验。对证实康普顿效应作出了重要贡献。
3、光子模型解释康普顿效应
光子不仅具有能量，而且具有动量，光子的动量p与光的波长λ和普朗克常量h有关：
1、人类对光的认识过程
惠更斯和托马斯杨的光的波动说
光是振动形式在媒质的传播——波
到麦克斯韦的光的电磁理论
光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
2、光的波动性和光的粒子性
3、光的粒子性和波动性是相对的
传播的过程中，表现出波动性
波长较长时，表现出波动性
波长较短时，表现出粒子性
与物体相互作用时，表现出粒子性
光的粒子性和波动性是在不同条件下的表现
【例题1】三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1＞λ2＞λ3).分别用这三束光照射同一种金属.已知用光束2照射时，恰能产生光电子.下列说法正确的是（ ）A.用光束1照射时，不能产生光电子B.用光束3照射时，不能产生光电子C.用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多D.用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大
由于用光束2照射时，恰能产生光电子，因此用光束1照射时，不能产生光电子，而用光束3照射时，一定能产生光电子，故A正确，B错误；用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多，而由光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能与光的强弱无关，故C正确，D错误。
【例题2】如图所示是光电效应实验部分示意图。当用光子能量为hν＝3.1 eV的光照射其金属制成的极板K时，产生光电流。若K的电势高于A的电势，且电势差为0.9 V，此时光电流刚好截止。那么，当A的电势高于K的电势，且电势差也为0.9 V时，光电子到达A极时的最大动能是多大？此金属的逸出功是多大？
设光电子逸出时最大初动能为Ek，到达A极的最大动能为Ek′当A、K间所加反向电压为0.9 V时，由动能定理有eU＝Ek 得Ek＝0.9 eV当A、K间所加正向电压为0.9 V时，由动能定理有eU′＝Ek′－Ek 得Ek′＝1.8 eV由光电效应方程有Ek＝hν－W0得W0＝2.2 eV.
【例题3】美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X光光子的运动方向也会发生相应的改变。下列说法正确的是（ ）A.当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光子散射后频率变大B.康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量C.X光散射后与散射前相比，速度变小D.散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变
在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，则光子动量减小，但速度仍为光速C。
【例题4】(多选)下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是（ ）A.有的光是波，有的光是粒子B.光子与电子是同样的一种粒子C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D.康普顿效应表明光具有粒子性
一切光都具有波粒二象性，光的有些现象(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些现象(如光电效应、康普顿效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子，A错误；电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子，B错误；光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，C正确；康普顿效应表明光具有粒子性，D正确。
1、用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J.已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（ ）A.1×1014 Hz B.8×1014 HzC.2×1015 Hz D.8×1015 Hz
设单色光的最低频率为ν0，由Ek＝hν－W0知
2、(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量.下列说法正确的是（ ）A.若νa＞νb，则一定有Ua＜UbB.若νa＞νb，则一定有Eka＞EkbC.若Ua＜Ub，则一定有Eka＜EkbD.若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb
由爱因斯坦光电效应方程得，Ek＝hν－W0，由动能定理得，Ek＝eU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同.当νa＞νb时，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故选项A错误，B正确；若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝ hνa－ Eka＝ hνb－ Ekb，故选项D错误。
3、对于光的行为，下列说法正确的是（ ）A.个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性B.光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C.光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了 D.光的波粒二象性应理解为，在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下光的粒子性表现明显
4、关于光的本性，下列说法正确的是（ ）A.关于光的本性，牛顿提出微粒说，惠更斯提出波动说，爱因斯坦提出光子说，它们都说明了光的本性B.光具有波粒二象性是指∶既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C.光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性D.光的波粒二象性是将牛顿的波动说和惠更斯的粒子说真正有机地统一起来的