光电效应

4.2光电效应与光的量子说把擦得很亮的锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，发现验电器指针发生了偏转。说明什么现象？实验演示表明锌板在射线照射下失去电子而带正电当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。一.光电效应现象1、什么是光电效应现象？2、什么是光电子？3、什么是光电流？4、什么是光电子最大初动能？光电子从阴极K向阳极A运动，形成的电流叫光电流。金属表面原子的最外层电子从金属中逸出的初动能叫最大初动能。二.光电效应的实验规律1、存在截止频率对于给定的光电阴极材料，都存在一个发生光电效应所需的入射光的最小频率ν0，叫做光电效应的截止频率。只有超过截止频率的光，才能引起光电效应。不同金属材料的截止频率不同。当入射光频率低于截止频率时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。即不能发生光电效应。2、光电流当入射光的频率高于截止频率、光电流出现时，光电流的大小由光强决定，光强越大，光电流越大。光照不变，增大UAK，A表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。入射光越强，光电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。3、光电子的最大初动能从阴极出发的光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系。存在遏止电压UC：使光电流减小到零的反向电压U=0时，I≠0，因为电子逸出金属表面有初速度加反向电压，如左图所示：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。根据动能定理有：最大初kcEeU由于电子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。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。最大初动能=电子吸收的能量-逸出功实验表明: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.光的频率改变时，遏止电压也会改变。光电子的能量只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。存在遏止电压UC：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”）。4、光电效应具有瞬时性三.光电效应解释中的疑难2.经典理论的疑难①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。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10－9s。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。1、经典电磁理论：1、光的能量是连续的2、光强越大，光的能量越大。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：四.爱因斯坦的光量子假设1.光子：2.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：四.爱因斯坦的光量子假设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νC成线性关系，与光强无关。只有当hν＞W0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。四.爱因斯坦的光量子假设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,荣获1921年诺贝尔物理学奖。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波动理论。4.光电效应理论的验证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。四.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖思考与讨论ceUWh0cceKeUvm：E221因为可得代入0WhEk1.光的散射光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射2.康普顿效应1923年康普顿在做X射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长和散射物质都无关。五.康普顿效应康普顿正在测晶体对X射线的散射五.康普顿效应3.康普顿散射的实验装置与规律：晶体光阑X射线管探测器X射线谱仪石墨体(散射物质)j0散射波长五.康普顿效应1.经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难六.康普顿效应解释中的疑难根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。2.光子理论对康普顿效应的解释1.有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；2.首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；3.证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。七.康普顿散射实验的意义1925—1926年，吴有训测试了多种物质对X射线的散射，证实了康普顿效应的普遍性。4.吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作.对证实康普顿效应作出了重要贡献。（1897-1977）吴有训七.康普顿散射实验的意义2mcEhchcchmcP2hE2chm八.光子的动量hEhP动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的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3.关于光子说的基本内容有以下几点，不正确的是()A.在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子B.光是具有质量、能量和体积的物质微粒子C.光子的能量跟它的频率成正比D.光子客观并不存在，而是人为假设的练习B4.能引起人的视觉感应的最小能量为10-18J，已知可见光的平均波长约为0.6m，则进入人眼的光子数至少为个，恰能引起人眼的感觉.练习35.关于光电效应下述说法中正确的是()A.光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大B.只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应C.在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关D.任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应练习D二.光电效应的实验规律（1）存在饱和电流光照不变，增大UAK，A表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。在光照条件一定时，单位时间内K发射的电子数目是一定的。实验表明：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。－－规律一使光电流减小到零的反向电压加反向电压，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c221eUvmcecv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(2)存在遏止电压和截止频率a.存在遏止电压UC：b.存在截止频率从实验中可以看出，当入射光的频率减小到某一数值νC时，即使不施加反向电压也没有光电流，这表明已经没有光电子了。νC称为截止频率或极限频率。当入射光频率低于截止频率时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。即不能发生光电效应。－－规律三(2)存在遏止电压和截止频率1.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。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。三.光电效应解释中的疑难