1、第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念2光电效应1.知道光电效应现象,了解光电效应的实验规律。2.理解爱因斯坦的光子说及对光电效应的解释,会用光电效应方程解决一些简单问题。3.了解康普顿效应及其意义。4.知道光的波粒二象性。第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念1.光电效应的概念照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出。这个现象称为光电效应,这种电子常称为光电子。1|光电效应的实验规律2.研究光电效应的电路图第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念如图,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,阴极K在受到光照时能够发射光电子。阴极K与阳极A之间电压U的大小可以
2、调整,电源的正负极也可以对调。电源按图示极性连接时,闭合开关后,阳极A吸收阴极K发出的光电子,在电路中形成光电流。这导致电压U为0时电流I并不为0。3.光电效应的实验规律(1)存在截止频率当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。实验表明,不同金属的截止频率不同。换句话说,截止频率与金属自身的性质有关。(2)存在饱和电流在光照条件不变的情况下,在电流较小时电流随着正向电压的增大而增大;但当电流增大到一定值之后,即使电压再增大,电流也不会再进一步增大了,如图所示,光电流趋于一个饱和值。第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念光电流与电压的关系(3)存在遏止电压如果施加反向电压,也就是阴极
3、K接电源正极、阳极A接电源负极,在光电管两极间形成使电子减速的电场,电流有可能为0。使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度,初速度的上限vc应满足me=eUc。122cv第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念进一步的实验表明,同一种金属对于一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的。光的频率改变时,遏止电压Uc也会改变。(4)光电效应具有瞬时性当频率超过截止频率c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。2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择
4、性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念1.逸出功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,用W0表示。不同种类的金属,其逸出功的大小也不相同。2.光电效应与经典电磁理论的矛盾矛盾之一:光电效应中存在截止频率按照光的经典电磁理论,不管光的频率如何,只要光足够强,电子都可以获得足够能量从而逸出表面,不应存在截止频率。矛盾之二:光电效应中,遏止电压由入射光的频率决定,与光的强弱无关按照光的经典电磁理论,光越强,光电子的初动能应该越大,所以遏
5、止电压Uc应该与光的强弱有关。矛盾之三:光电效应具有瞬时性如果光很弱,按经典电磁理论估算,电子需要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。2|光电效应经典解释中的疑难2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念1.光子说(1)内容假定电磁波本身的能量也是不连续的,即认为光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,频率为的光的能量子为h,其中,h为普朗克常量。这些能量子
6、后来称为光子。(2)光子能量公式为=h,其中指光的频率。2.爱因斯坦光电效应方程(1)爱因斯坦在光电效应中能量守恒的理论当光子照到金属上时,它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收,金属中的电子3|爱因斯坦的光电效应理论2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念吸收一个光子获得的能量是h,在这些能量中,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。(2)爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0,式
7、中Ek为光电子的最大初动能,Ek=me。3.爱因斯坦光电效应方程对光电效应的解释(1)这个方程表明,只有当hW0时,光电子才可以从金属中逸出,c=就是光电效应的截止频率。如图所示。122cv0Wh2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念光电效应的Ek-图像(2)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。(3)这个方程还表明,光电子的最大初动能
8、Ek与入射光的频率有关,而与光的强弱无关。这就解释了遏止电压和光强无关。(4)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产生的。2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念4.遏止电压Uc与光的频率和逸出功W0的关系利用光电子的初动能Ek=eUc和爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0,可以消去Ek,从而得到Uc与、W0的关系,即Uc=-。遏止电压Uc与光的频率之间是线性关系,Uc-图像是
9、一条斜率为的直线。he0Wehe某金属的Uc-图像2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念1.康普顿效应19181922年,美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现在散射的X射线中,除了与入射波长0相同的成分外,还有波长大于0的成分,这个现象称为康普顿效应。2.康普顿效应与经典物理学理论的矛盾按照经典物理学的理论,X射线的波长不会在散射中发生变化。因此,康普顿效应无法用经典物理学解释。3.用光子的模型
10、解释康普顿效应(1)光子不仅具有能量,而且具有动量,光子的动量p与光的波长和普朗克常量h有关。这三个量之间的关系式为p=。h4|康普顿效应和光子的动量2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念(2)在康普顿效应中,当入射的光子与晶体中的电子碰撞时,要把一部分动量转移给电子,因而,光子动量可能会变小。从式p=看,动量p减小,意味着波长变大,因此,这些光子散射后波长变大。光子既有能量也有动量h2020-2021学年高
11、二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念1.在麦克斯韦的电磁理论建立之后,人们认识到光是一种电磁波,从而光的波动说被普遍接受。2.光电效应和康普顿效应重新揭示了光的粒子性。3.光既具有波动性,又具有粒子性。换句话说,光具有波粒二象性。5|光的波粒二象性2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1
12、讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念1.金属钠表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。()2.金属钾发生光电效应,入射光强度越大,饱和电流越大。()3.金属钙、钠、钾的逸出功不同,说明了金属种类不同对应的截止频率也不同。()4.入射光若能使某金属发生光电效应,则入射光的强度越大,照射出的光电子越多。()提示:入射光的强度越大,光子数目越多,照射金属时产生的光电子就越多。5.能产生光电效应的光必定是可见光。()提示:频率大于金属的截止频率的光可以使该金属产生光电效应,不一定是可见光。6.经典物理学理论不能合理解释康普顿效应。()提示:康普顿效应与经典物理学的理论有矛盾,用光子的模型能成功解释
13、康普顿效应。7.光具有粒子性,但光子又不同于宏观观念的粒子。()提示:光子不是宏观观念的粒子,不由分子、原子组成。判断正误，正确的画“”，错误的画“”。2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念1|光电效应中的几组概念光子的能量与入射光的强度光子的能量与入射光的强度光子的能量即每个光子的能量,其值为=h(为光子的频率),其大小由光的频率决定。入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量,入射光的强度等
14、于光子能量h与单位时间内单位面积上入射光子数n的乘积,即入射光的强度等于nh。光子与光电子光子与光电子(1)光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电;光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子,其本质是电子。光子是光电效应的因,光电子是果。(2)对于同一种金属,光电子的能量只与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关。2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念光电子的初动能、最大初动能与遏止电压光电子的初动能、
15、最大初动能与遏止电压(1)光照射到金属表面时,光子的能量全部被电子吸收,电子吸收了光子的能量,可能向各个方向运动,需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量,剩余部分为光电子的初动能。(2)只有金属表面的电子直接向外飞出时,只需克服原子核的引力做功,才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。(3)遏止电压与光电子初速度的上限vc满足:me=eUc。饱和电流、正向电压与光的强度三者之间的关系饱和电流、正向电压与光的强度三者之间的关系(1)存在饱和电流的原因在一定的光照条件下,单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的,电压增加到一定值时,所有光电子都被阳极A吸收,这时即使再
16、增大电压,电流也不会增大。122cv2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念(2)饱和电流与正向电压的关系从金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和电流,在一定的光照条件下,饱和电流与所加正向电压大小无关。(3)饱和电流与光的强度的关系实验表明,在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大。这说明,对于一定频率(颜色)的光,入射光越强,单
17、位时间内发射的光电子数越多。2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念2|爱因斯坦光电效应方程的理解及应用情境如图甲所示,P在最左端,没有给光电管加电压,依然有光电流。如图乙所示,给光电管加反向电压,光电子在光电管两极间形成的电场中做减速运动。当反向电压增加到遏止电压Uc时,光电流减小到零。增加单色光的频率,发现对应的遏止电压Uc变大。2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4
18、.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念问题1.当反向电压达到遏止电压Uc时,光电流为零,说明初速度最大的光电子运动到极板A时的速度恰好为多大?提示:速度恰好为0。2.遏止电压Uc与光电子的最大初速度vc满足哪个与能量相关的规律?请写出相关方程式。提示:满足动能定理。方程式为0-me=-eUc。3.综合应用爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0分析,对于同一个光电管,遏止电压Uc与入射光的频率、强弱有什么关系?提示:综合表达式可得Ek=me=eUc=h-W0,可知,遏止电压Uc与入射光的强弱
19、无关,与入射光的频率有关,入射光的频率越大,遏止电压Uc越大。122cv122cv2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0的四点理解的四点理解(1)爱因斯坦光电效应方程中的Ek是光电子的最大初动能,就某个光电子而言,其离开金属时剩余动能大小可以是0Ek范围内的任何数值。(2)爱因斯坦光电效应方程实质上是能量守恒方程。能量为=h的光子被电子吸收,电子把这些能量
20、的一部分用来克服金属对它的吸引,另一部分就是电子离开金属表面时的动能。如果克服吸引力做功最少为W0,则电子离开金属表面时动能最大为Ek,根据能量守恒定律可知Ek=h-W0。(3)爱因斯坦光电效应方程包含了产生光电效应的条件。若发生光电效应,则光电子的最大初动能必须大于零,即Ek=h-W00,可知hW0,=c,而c=恰好是光电效应的截止频率。0Wh0Wh2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念(4)如图所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率的变化曲线。这里,横轴上的截距是截止频率或极限频率;纵轴上的截距是逸出功的负值;斜率为普朗克常量。2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：4.2光电效应
