人教版 (2019)选择性必修 第三册光电效应获奖教学课件ppt

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高中物理选择性必修第三册
光电效应经典解释中的疑难
爱因斯坦的光电效应理论
把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。这个现象说明了什么问题？
当光照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应（phtelectric effect）。逸出的电子称为光电子。
用紫外线灯照射后，验电器张开的指针夹角会变小,说明锌板带的负电荷变少了。这意味着，紫外线会让电子从锌板表面逸出。
1887年，赫兹在研究电磁波的实验中偶尔发现，接收电路的间隙如果受到光照，就更容易产生电火花。这就是最早发现的光电效应，也是赫兹细致观察的意外收获。后来这一现象引起许多物理学家的关注。德国物理学家勒纳德、英国物理学家J. J. 汤姆孙等相继进行了实验研究，证实了这个现象。
1.当入射光频率减小到某一数值c 时，A、K极板间不加反向电压，电流也为0。此时的光的频率c即为截止频率！
2.金属要发生光电效应与入射光强弱无关，只与频率有关。3.入射光频率低于截止频率时，无论光照多强，金属都不会发生光电效应！
4.不同金属的截止频率不同，截止频率与金属自身的性质有关。
2.在光的颜色不变的情况下，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。
1.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。
1.当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称遏止电压。
2.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 改变，遏止电压也会改变。
3.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。
当频率超过截止频率vc时，无论入射光怎样微弱，照到金属时会立即产生光电流。精确测量表明产生电流的时间很快，即光电效应几乎是瞬时发生的。
更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10－9 s
人们知道，金属中原子外层的电子会脱离原子而做无规则的热运动。但在温度不很高时，电子并不能大量逸出金属表面，这是为什么呢？
这表明金属表面层内存在一种力，阻碍电子的逃逸。电子要从金属中挣脱出来，必须获得一些能量，以克服这种阻碍。
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W0。
几种金属的截止频率和逸出功
逸出功的大小取决于金属的特性
按照光的电磁理论，还应得出如下结论：
2.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。
1.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，这个时间远远大于实验中产生光电流的时间。
这些结论都与实验结果相矛盾。光电效应中的一些重要现象无法用经典电磁理论解释，这引发了物理学家们的认真思考。
爱因斯坦的光电效应方程
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。
爱因斯坦的光电效应方程：
一个电子吸收一个光子的能量hv后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：
爱因斯坦对光电效应的解释
3.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。
4.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。
2.这个方程还表明，光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν有关，而与入射光的强弱无关。这就解释了遏止电压与光强无关。
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?
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。
爱因斯坦通过光电效应解释了光的粒子性，这一理论验证了光具有波粒二象性。
光电效应是光电子学的基石，它在太阳能电池、光电探测器等现代电子设备中有着广泛应用。
光电效应的发现直接促进了量子理论的建立，为量子力学的发展奠定了基础。
光电效应实验推动了量子理论的诞生，揭示了光与物质相互作用的非连续性。
爱因斯坦因解释光电效应而获得诺贝尔物理学奖，彰显了这一发现对现代物理学的重要性。
存在截止频率 存在饱和电流存在截止电压光电效应具有瞬时性
要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小值叫作这种金属的逸出功（wrk functin），用W0 表示。
一个电子吸收一个光子的能量hv后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：
如图所示为研究光电效应的实验装置，光电管的阴极K用某种金属制成。闭合开关S，用某种单色光照射阴极K时，微安表有示数。若只减弱该单色光的强度，则下列说法正确的是（　　）A．微安表的示数变大B．该金属的逸出功变小C．逸出的光电子的最大初动能不变D．从光照射到金属表面到有光电子逸出的时间明显增加