1、扬州市仙城中学 王义军2018.4.8 光是什么？用弧光灯照射擦得很亮的锌板。注意用导线与不带电的验电器相连说明锌板带了电一、光电效应现象(1887年赫兹发现）表明锌板在射线照射下失去电子而带正电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。1.1.定义：定义：当当光光线线照照射在射在金属表面金属表面时，金属中时，金属中有电子逸有电子逸出出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子光电子。光电子定向移动形光电子定向移动形成的电流叫成的电流叫光电流光电流 猜想猜想:具备哪些条件才可能发发生光电效具备哪些条件才可能发发生光电效应规律应规律,要发生
2、与哪些因素有关要发生与哪些因素有关?1 1）与光的强度有关吗）与光的强度有关吗?2 2）与光的颜色即与光的频率有关吗？）与光的颜色即与光的频率有关吗？3 3）与光照射时间有关吗？）与光照射时间有关吗？4 4）与被照射的材料有关吗？）与被照射的材料有关吗？实验与探究实验与探究高压电源高压电源锌板锌板铜网铜网日光灯日光灯灵敏电流计灵敏电流计白炽灯照射时电流计指针不发生偏转指针不偏转实验与探究实验与探究高压电源高压电源锌板锌板铜网铜网紫光紫光灵敏电流计灵敏电流计紫光照射时电流计指针发生偏转指针偏转：思考思考为什么说光的波动理论无法解释光电效应的规律？为什么说光的波动理论无法解释光电效应的规律？光的波
3、动理论是怎样描述光的能量的呢？经典电磁理论：经典电磁理论：1、光的能量是连续的、光的能量是连续的 2、光强越大，光的能量越大。、光强越大，光的能量越大。1.1.关于极限频率的困难关于极限频率的困难光是一种电磁波光是一种电磁波与事实矛盾与事实矛盾电子就会从金属表面飞出来电子就会从金属表面飞出来电子获得积累的能量足够大电子获得积累的能量足够大光的强度足够、照射时间足够长光的强度足够、照射时间足够长光的能量由光的强度光的能量由光的强度（振幅）（振幅）决定决定2.2.关于光电效应瞬时性的关于光电效应瞬时性的困难困难光均匀照在金属表面光均匀照在金属表面与事实矛盾与事实矛盾从光照到打出从光照到打出电电子需
4、要一定的时间子需要一定的时间电子的能量要有个积累的过程电子的能量要有个积累的过程电子的能量逐渐增大电子的能量逐渐增大3.3.关于光电子最大初动能的关于光电子最大初动能的困难困难光强越大光强越大与事实矛盾与事实矛盾光电子的最初动能应只与光强有关光电子的最初动能应只与光强有关而与频率无关而与频率无关飞出金属表面飞出金属表面的光的光电子电子动能动能就越大就越大光电子获得的能量就越大光电子获得的能量就越大光越强，光电子的初动能应该越大，实验表明光电子的最大初动能只光越强，光电子的初动能应该越大，实验表明光电子的最大初动能只与光的频率有关。与光的频率有关。不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够
5、能量从而逸出不管光的频率如何，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。表面，不应存在截止频率。如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间如果光很弱，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，这个时间远远大于才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于10109 9s s。以上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。来解释光电效应。光的波动理论在解释光电效应时遇到了巨大的困难。后来，爱因斯坦在普朗克量子化理论的启发下，提出了光子说普
6、朗克普朗克爱因斯坦爱因斯坦hE 光不仅在发射和吸收时能量是一份份的，而且光不仅在发射和吸收时能量是一份份的，而且光本光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能，这些能量子后来被称为量子后来被称为光子光子。频率为频率为 的光的能量子为的光的能量子为h。爱因斯坦爱因斯坦的光子说的光子说hE：2.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程0WEhk光电子最大初动能 金属的逸出功金属的逸出功 W0221mkmvE 一一个电子吸收一个光子的能量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，剩下的表现为逸出后，剩
7、下的表现为逸出后电子的初动能电子的初动能Ek，即：，即：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EkEk与入射光的频率与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当成线性关系，与光强无关。只有当h 时，才有光电子时，才有光电子逸逸出光电效应出光电效应的的截止频率是：截止频率是：hWc0电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时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。间，光电流自然几乎是瞬时发生的。光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而电子多，因而饱和电流饱和
8、电流(光电流光电流)大大。3.光子说对光电效应的解释光子说对光电效应的解释 由于由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电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。年诺贝尔物理学奖。爱因斯坦爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时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。美国美国物理学家密立根，花了十年时间做了物理学家密立根，花了十年时间做了“光电光电效应效应”实验，结果在实验，结果在19151915年证实了爱因斯坦方程，
9、年证实了爱因斯坦方程，h h 的值与理论值完全一致，又一次证明了的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子光量子”理理论的正确。论的正确。例1.铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长200 nm的光照射铝的表面。（1）求光电子的最大初动能。（2）求遏止电压。（3）求铝的截止频率。【解析】（1）根据爱因斯坦光电效应方程得：光电子的最大初动能为 =3.310-19JkhcEW19193.3 10v2.1v1.6 10KCEUe1915344.2 1.6 10Hz=1.01 10 Hz6.63 10cWh（2）根据动能定理遏止电压为：（3）当光电子逸出时的动能为零时，再减小照射光的频率便不能发生光电效应了，截止频率为：例2.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率v变化的Ekv图象，已知钨的逸出功是328eV，锌的逸出功是334eV，若将两者的图象分别用实线与虚线画在同一个Ekv图上，则下图中正确的是()A根据光电效应方程有：由此可知在的Ek-v图象中，斜率表示普朗克常数h，横轴截距大小表示该金属极限频率的大小，由题意可知锌的逸出功大于钨的逸出功，故由 可知锌的极限频率大于钨的极限频率kEhWWh
