1、高中物理选修高中物理选修3-53-5光的粒子性光的粒子性光电效应光电效应蓟县燕山中学：赵志敏蓟县燕山中学：赵志敏 史明星史明星教学目标教学目标 知识与技能：知识与技能： 1通过实验了解光电效应的实验规律。2知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。3了解康普顿效应，了解光子的动量过程与方法：过程与方法： 经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。3、情感态度与价值观：、情感态度与价值观： 领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。 【重点难点重点难点】 1、重点：、重点：光电效应的实验规律 2
2、、难点：、难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义问题问题1：回顾前面的学习，总结人类回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？对光的本性的认识的发展过程？双缝干涉现象双缝干涉现象单缝衍射现象单缝衍射现象 光是一种波光是一种波光的偏振现象光的偏振现象光是横波光是横波麦克期韦的电磁场麦克期韦的电磁场理论，赫兹的实验理论，赫兹的实验光是电磁波光是电磁波光的波动说理论：光的波动说理论：认真观察下面的实验认真观察下面的实验点击下图视频图片开始播放点击下图视频图片开始播放思考：思考：视频中视频中两个现两个现象产生象产生的原因的原因 当光线照射在金属表面时，金属中当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸
3、出的现象，称为有电子逸出的现象，称为光电效应光电效应。逸出的电子称为逸出的电子称为光电子光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电子定向移动形成的电流叫光电流光电流 (1)、存在极限频率（截止频率）和极、存在极限频率（截止频率）和极限波长限波长 入射光的频率低于入射光的频率低于截止频率（或高于截止频率（或高于极限波长极限波长)时不能发时不能发生光电效应生光电效应 不同金属的截止频不同金属的截止频率不同率不同(2)光电子逸出具有瞬时性光电子逸出具有瞬时性 当频率超过截止当频率超过截止频率时不论光怎频率时不论光怎样微弱立刻产生样微弱立刻产生光电流。光电流。(3)存在着饱和电流存在着饱和电流 在光照条件
4、不变在光照条件不变的情况下，在电的情况下，在电流较小时电流随流较小时电流随电压的增大而增电压的增大而增大，但电流增大大，但电流增大到一定值时，即到一定值时，即使电压再增大，使电压再增大，电流也不会再增电流也不会再增大了大了(4)存在着反向遏止电压存在着反向遏止电压 反向遏止电压的反向遏止电压的大小只与入射光大小只与入射光的频率有关的频率有关c221eUvmce 以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所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。以无法用经典的波动理论来解释光电效应。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逸出功。光越强，逸出的电子数越多，
5、光电流也就越大。光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压压UC应与光的强弱有关。应与光的强弱有关。不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获不管光的频率如何，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。得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分如果光很弱，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，钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于这个时间远远大于10 S。-9实验表明实验表明:对于一
6、定颜色对于一定颜色(频率频率)的光的光, 无论光的强弱如何无论光的强弱如何,遏止电压是一样的遏止电压是一样的.温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。脱出来，必须克服这个引力做功。光本身就是由一个个不可分光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为割的能量子组成的，频率为的光的能量子为的光的能量子为h。这些能。这些能量子后来被称为量子后来被称为光子光子。爱因斯坦的光子说爱因斯坦的光子说hE 爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到爱因斯坦从普朗克的能
7、量子说中得到了启发，他提出：了启发，他提出：2.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程：0WEhk0WhEk或光电子最大初动能光电子最大初动能 金属的逸出功金属的逸出功 W0221cekvmE 一个电子吸收一个光子的能量一个电子吸收一个光子的能量h后，一部分能后，一部分能量用来克服金属的逸出功量用来克服金属的逸出功，剩下的表现为逸，剩下的表现为逸出后电子的初动能出后电子的初动能Ek，即：，即：(4)(4)爱因斯坦方程表明，光电子的初动能爱因斯坦方程表明，光电子的初动能E Ek k与与入射光的频率成线性关系，与光强无关。入射光的频率成线性关系，与光强无关。hWc0(2)(2)电子一次性吸收
8、光子的全部能量，不需要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积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。生的。(3)(3)光强较大时，包含的光子数较多，照射金光强较大时，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。属时产生的光电子多，因而饱和电流大。(1)(1)只有当只有当hW0hW0时，才有光电时，才有光电子逸出子逸出, ,就是光电效应的截止频率。就是光电效应的截止频率。由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律效应的实验规律, ,荣获荣获19211921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学
9、奖。 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时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。波动理论。 美国物理学家密立根，花了十年时间做了美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效光电效应应”实验，结果在实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，年证实了爱因斯坦方程，h 的的值与理论值完全一致，又一次证明了值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子光量子”理论理论的正确。的正确。光的粒子性光的粒子性一、光电效应的基本规律一、光电效应的基本规律1.光电效应现象光电效应现象2.光电效应实验规律光电
10、效应实验规律 （3）光子说对光电效应的解释）光子说对光电效应的解释（2）爱因斯坦的光电效应方程）爱因斯坦的光电效应方程三、爱因斯坦的光电效应方程三、爱因斯坦的光电效应方程（1）光子：）光子：二、光电效应解释中的疑难二、光电效应解释中的疑难1.1.在演示光电效应的实验中，原来不带在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，一个角度，如图所示，这时这时( )( )A.A.锌板带正电，指针带负电锌板带正电，指针带负电B.B.锌板带正电，指针带正电锌板带正电，
11、指针带正电C.C.锌板带负电，指针带正电锌板带负电，指针带正电D.D.锌板带负电，指针带负电锌板带负电，指针带负电B练习练习2.2.一束黄光照射某金属表面时，不能产一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是属产生光电效应的是( )( )A.A.延长光照时间延长光照时间B.B.增大光束的强度增大光束的强度C.C.换用红光照射换用红光照射D.D.换用紫光照射换用紫光照射D练习练习练习练习B练习练习3练习练习D人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
