人教版（2019）高中物理选修三第四章第2节 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 第三册光电效应教学ppt课件，共32页。PPT课件主要包含了光电效应现象，存在饱和电流，光电效应伏安特性曲线，具有瞬时性，康普顿效应，光学发展史，波动性，粒子性，德布罗意的物质波等内容，欢迎下载使用。
太阳能是比较环保又很经济的能源，利用太阳能电板可以将太阳光转化成电能储存起来，充当电源。那么光是什么呢，那么本节课我们就一起来学习。
使验电器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电!
定义：当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。
逸出的电子称为光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电流。
1887年，赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的间隙如果受到光照就更容易产生电火花。这就是最早的光电效应。 后来经过汤姆逊等多名科学家的实验研究，证实了这个现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象就叫光电效应。
二、光电效应的实验规律
光照不变，增大 UAK，G 表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。
因为光照条件一定时，K 发射的电子数目一定。
实验表明：入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。
加反向电压，如图所示：
光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子做减速运动。若
U = 0 时，I ≠ 0，因为电子有初速度。
则 I = 0，式中 Uc 为遏止电压。
2. 存在遏止电压和截止频率
遏止电压 Uc ：使光电流减小到零的反向电压
实验表明：对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何，遏止电压是一样的。光的频率 ν 改变时，遏止电压也会改变。
光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。
截止频率：对于每种金属，都有相应确定的截止频率 νc 。
当入射光频率 ν > νc 时，电子才能逸出金属表面；
当入射光频率 ν < νc 时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。
实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的极限频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。
更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10─9 秒 ( 这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”)。
光电效应在极短的时间内完成！
勒纳德等人通过实验得出以下结论
1. 对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；
4. 入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过 10─9 秒。
3. 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；
2. 当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大；
逸出功 W0 ：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。
光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。
三、光电效应解释中的疑难
1. 光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压 Uc 应与光的强弱有关。
实验表明：对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何，遏止电压是一样的。
按照光的电磁理论，可以得到以下结论：
以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。
2. 不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。
3. 如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于10-9 s。
1. 内容：光不仅在发射和吸收时以能量为 hν 的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为 ν 的光是由大量能量为 ε = hν 的光子组成的粒子流组成的，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。
在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功 W0 ，另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek 。由能量守恒可得出：
2. 爱因斯坦光电效应方程
四、爱因斯坦的光量子假设
3. 光子说对光电效应的解释
(2) 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。
(3) 光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。
(1) 爱因斯坦方程表明，光电子的初动能 Ek 与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当 hν > W0 时，才有光电子逸出，vc= W0 /h 就是光电效应的截止频率 。
4. 光电效应理论的验证
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
2. 光电效应实验规律
4. 爱因斯坦的光电效应方程
3. 光电效应解释中的疑难
第 2 节：光的粒子性（2）
1923年，美国物理学家康普顿在做X射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线.人们把这种波长变长的现象叫康普顿效应.
康普顿认为，散射后的X射线波长的改变,是X射线中的光子和物质中的电子碰撞后的结果，光子的速度非常大，而电子速度相对很小，因此可以看做电子静止碰撞前后动量和能量守恒.碰撞后电子动量和能量增加，光子的动量和能量都减少，故散射后光子的频率减小，光子的波长变长.(红色内容要记忆)
3.康普顿散射实验的意义（重点）
（1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设.
（2）首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设.
（3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的.
（4）光电效应表明光子具有能量. 康普顿效应表明光子具有动量.
光既有波动性，又有粒子性，即光具有波粒二象性.光的干涉、衍射、偏振现象，证明了光具有波动性.光电效应、康普顿效应证明了光具有粒子性
h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁
1924年法国物理学家德布罗意提出：实物粒子也具有波动性.这种与实物粒子相联系的波被称为德布罗意波，也叫物质波.
1.“看似疯狂的设想——物质波”
试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。
解：估计一个中学生的质量 m ≈ 50 kg ，百米跑时速度 v ≈ 7 m/s ，则
由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。
1927年美国物理学家戴维森和英国物理学家汤姆逊分别获得电子束在晶体上的衍射图样，从而证实了实物粒子—电子的波动性。
3.波粒二象性是物质共有的特性
波粒二象性是物质共有的特性，牛顿力学不再适用于微观粒子的研究.量子力学产生了！