光电效应

复习：普朗克的能量子说黑体在辐射或吸收能量时，是一份一份地辐射或吸收的，每一份叫做一个能量子，每一个能量子的能量ε=hν2科学的转折：光的粒子性我们通过选修3~4的学习，知道了光是电磁波，它能很好地解释光的干涉、衍射等现象，但是，光的电磁说并不能成功地说明光的所有现象。早在1887年赫兹在做电磁的实验时，就偶然发现了一个后来被称作光电效应的现象，这个现象使光的电磁说遇到了无法克服的困难。重新提出“光的粒子性”光电效应下面我们先来看一个实验一、光电效应现象实验装置如图：用紫外线照射锌板可清楚看到：灵敏验电器指针张开金属在光（包括不可见光）的照射下，从表面逸出电子的现象叫光电效应发射出来的电子叫光电子光电子定向移动形成的电流叫光电流在紫外线的照射下，有电子从锌板飞出，锌板带了正电。2、存在着遏止电压和截止频率下面我们来继续探讨二、光电效应的基本规律3、效应具有瞬时性1、存在着饱和电流1、存在着饱和电流实验表明：入射光越强，饱和电流越大；入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。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。单色光阳极GVAKR阴极2、存在着遏止电压和截止频率(1)存在遏止电压U:c使光电流减小到零的反向电压－U++++++一一一一一一v加反向电压，如右图所示：光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运动。若eUcvmce221cv速率最大的是最大的初动能U=0时，I≠0，因为电子有初速度则I=0，式中UC为遏止电压我们来看如图所示的实验：GVAKR单色光实验表明: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.当图中电流表G的读数为0时，伏特表V的读数就是下式中的“Uc”。阳极阴极eUcvmce2212、存在着遏止电压和截止频率科学家曾做过类似于左图的实验，他们用不同的单色光照射某种金属，看看哪些频率的光照射时能产生光电效应。再用不同的单色光照射别的金属，又看看哪种频率的光照射时产生光电效应。任何一种金属，都有一个截止频率，入射光的频率必须大于这个截止频率才能产生光电效应，低于这个频率的光，无论光强怎样大，也不能产生光电效应。不同金属的截止频率不同。(2)存在截止频率ν:c经研究后发现：3、效应具有瞬时性GVAKR单色光实验结果：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。三、光电效应解释中的疑难逸出功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。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。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10S。-9√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.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，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。四、爱因斯坦的光电效应方程（1）光子：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。爱因斯坦的光子说hE爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：（2）爱因斯坦的光电效应方程四、爱因斯坦的光电效应方程（1）光子：0WEhk0WhEk或——光电子最大初动能——金属的逸出功W0221cekvmE一个电子吸收一个光子的能量hν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：（3）光子说对光电效应的解释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hνW0时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。hWc0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。思考与讨论课本P36ceUWh0cceKeUvm：E221因为可得代入0WhEk（1）.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，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时()A.锌板带正电，指针带负电B.锌板带正电，指针带正电C.锌板带负电，指针带正电D.锌板带负电，指针带负电B练习P190（2）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属产生光电效应的是()A.延长光照时间B.增大光束的强度C.换用红光照射D.换用紫光照射D练习P190练习课本P391、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想想看，这种光是否一定最亮？为什么？在可见光范围内，紫光的光子能量最大，因为其频率最高。紫光不是最亮的。一为光强，因为光的亮度由两个因素决定，二为人眼的视觉灵敏度。在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中心部位的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮。练习课本P392、在光电效应实验中（1）如果入射光强度增加，将产生什么结果？（2）如果入射光频率增加，将产生什么结果？（1）当入射光频率高于截止频率时，光强增加，发射的光电子数增多；当入射光频率低于截止频率时，无论光强怎么增加，都不会有光电子发射出来。（2）入射光的频率增加，发射的光电子最大初动能增加。练习课本例题P36分析ceUWh0由上面讨论结果eWehUc0可得：对于一定金属，逸出功W0是确定的，电子电荷e和普朗克常量h都是常量。所以遏止电压UC与光的频率ν之间是线性关系eW0hW0即：Uc—ν图象是一条斜率为的直线eh练习课本例题P36分析ceUWh0由上面讨论结果eWehUc0可得：eW0hW0cceKeUvm：E221因为遏止电压Uc与光电子的最大初动能Ek有关Ek越大，Uc越高；Uc为零，Ek为零，即没有光电子所以与遏止电压Uc=0对应的频率应该是截止频率νc00ceUWh0WhC由以上分析可知：根据数据作Uc—ν图象即可求得遏止电压Uc=0对应的频率就是截止频率νcUc—ν图象是一条斜率为的直线eh练习课本P395、根据图17.2-2所示研究光电效应的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。GVAKR单色光分析：阳极与电源负极相接阴极与电源正极相接测出两种不同频率ν1、ν2光的遏止电压U1、U2代入公式：ceUWh0101eUWh202eUWh当入射光频率分别为ν1、ν2时，测出遏止电压U1、U2，由爱因斯坦光电效应方程可得联立上两式，解得eUUh2121其中e为电子的电量，测出U1与U2就可测出普朗克常量实验步骤：（1）将图17.2-2电路图电源正负对调，滑动变阻器滑动触头滑至最左边，用频率为ν1的光照射，此时电流表中有电流。将滑动变阻器滑动触头缓慢右滑，同时观察电流表，当电流表示数为零时，停止滑动。记下伏特表的示数U1。（2）用频率为ν2的光照射，重复（1）的操作，记下伏特表的示数U2。（3）应用计算h。（4）多次测量取平均值。eUUh2121本节课小结光的粒子性一、光电效应现象二、光电效应的基本规律2、存在着遏止电压和截止频率3、效应具有瞬时性1、存在着饱和电流入射光越强，饱和电流越大;入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多.入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应，不同金属的截止频率不同；（3）光子说对光电效应的解释（2）爱因斯坦的光电效应方程四、爱因斯坦的光电效应方程（1）光子：三、光电效应解释中的疑难余下内容下节课继续再见作业：课本P39第4小题