光電效應(yīng)課件（蒼柏書屋）

1、17.2科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性1青苗C學(xué)班用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線與不帶電的驗(yàn)電器相連），則發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電 器張角增大，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。說明鋅板帶正電。一、光電效應(yīng)現(xiàn)象一、光電效應(yīng)現(xiàn)象表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電2青苗C學(xué)班用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線與注意用導(dǎo)線與不帶電的驗(yàn)電器相連），不帶電的驗(yàn)電器相連），使驗(yàn)電使驗(yàn)電 器張開一定角器張開一定角度，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則度，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。表明鋅板在射線照

2、射下失去電子而帶正電表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電3青苗C學(xué)班 當(dāng)光線（包括不可見光）照射在金當(dāng)光線（包括不可見光）照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為稱為光電效應(yīng)光電效應(yīng)。逸出的電子稱為逸出的電子稱為光電光電子子。光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電流光電流 4青苗C學(xué)班： 5青苗C學(xué)班光照不變，增大光照不變，增大UAK，G表中電流表中電流達(dá)到某一值后不再增大，即達(dá)到達(dá)到某一值后不再增大，即達(dá)到飽和值。飽和值。因?yàn)楣庹諚l件一定時(shí)，因?yàn)楣庹諚l件一定時(shí)，K發(fā)射的發(fā)射的電子數(shù)目一定。電子數(shù)目一定。實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明：入射光越強(qiáng)，

3、飽和電流越大，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。光電子數(shù)越多。VGAK陽極陽極陰極陰極6青苗C學(xué)班：使光電流減小到零的最小反向：使光電流減小到零的最小反向電壓電壓v加反向電壓，如右圖所示：加反向電壓，如右圖所示：光電子所受電場力方向與光電子光電子所受電場力方向與光電子速度方向相反，光電子作減速運(yùn)速度方向相反，光電子作減速運(yùn)動(dòng)。若動(dòng)。若c221eUvmcecv速率最大的是U=0時(shí)，時(shí)，I0， 因?yàn)殡娮佑谐跛俣纫驗(yàn)殡娮佑谐跛俣葎t則I=0，式中，式中UC為為遏止電壓遏止電壓(2)存在存在遏止電壓和截止頻率遏止電壓和截止頻率a.存在存在遏止電壓遏止電壓EEUFKA

4、7青苗C學(xué)班UaOU光電效應(yīng)伏安特性曲線光電效應(yīng)伏安特性曲線遏遏止止電電壓壓飽飽和和電電流流IIs黃光（黃光（ 強(qiáng)）強(qiáng)）黃光（黃光（ 弱）弱）蘭光蘭光Ub(2)存在存在遏止電壓和截止頻率遏止電壓和截止頻率VGAK陽極陽極陰極陰極（強(qiáng)）（強(qiáng)）8青苗C學(xué)班實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明: 改變時(shí)，改變時(shí)，(2)存在存在遏止電壓和截止頻率遏止電壓和截止頻率c221eUvmcea.存在存在遏止電壓遏止電壓VGAK陽極陽極陰極陰極9青苗C學(xué)班經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)：經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)：b.存在存在截止頻率截止頻率 (2)存在存在遏止電壓和截止頻率遏止電壓和截止頻率AKGV陽陽極極陰陰極極10青苗C學(xué)班實(shí)驗(yàn)結(jié)果：即使入射光的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)

5、果：即使入射光的強(qiáng)度非常微弱，非常微弱，電流電流表指針也幾乎是隨著入射光照表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉(zhuǎn)。射就立即偏轉(zhuǎn)。更精確的研究推知，光電子發(fā)更精確的研究推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過的時(shí)間不超過射所經(jīng)過的時(shí)間不超過10109 9 秒秒（這個(gè)現(xiàn)象一般稱作（這個(gè)現(xiàn)象一般稱作“光電子光電子的瞬時(shí)發(fā)射的瞬時(shí)發(fā)射”）。）。光電效應(yīng)在極短的時(shí)間內(nèi)完成 (3)具有瞬時(shí)性具有瞬時(shí)性VGAK陽極陽極陰極陰極11青苗C學(xué)班 以上三個(gè)結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾的，所以上三個(gè)結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾的，所以無法用經(jīng)典的波動(dòng)理論來解釋光電效應(yīng)。以無法用經(jīng)典的波動(dòng)理論來解釋光電效應(yīng)。使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做

6、這種金屬的逸出功逸出功。光越強(qiáng)，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。光越強(qiáng)，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能應(yīng)該越大，所以遏止電光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能應(yīng)該越大，所以遏止電壓壓UC應(yīng)與光的強(qiáng)弱有關(guān)。應(yīng)與光的強(qiáng)弱有關(guān)。不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可獲不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率。得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率。如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需幾分如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時(shí)間才能獲得逸出表面所需的能量，鐘到十幾分鐘的時(shí)間才能獲得逸出表面所需的能量，這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)

7、時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10 S。-9實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明:對(duì)于一定顏色對(duì)于一定顏色(頻率頻率)的光的光, 無論光的強(qiáng)弱如何無論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓是一樣的遏止電壓是一樣的.溫度不很高時(shí)，電子不能大量逸出，是由于受溫度不很高時(shí)，電子不能大量逸出，是由于受到金屬表面層的引力作用，電子要從金屬中掙到金屬表面層的引力作用，電子要從金屬中掙脫出來，必須克服這個(gè)引力做功。脫出來，必須克服這個(gè)引力做功。12青苗C學(xué)班光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為割的能量子組成的，頻率為的光的能量子為的光的能量子為h。這些能。這些能量子后來被稱為量子后來被稱為光子光子。愛因斯坦的光子說愛因斯坦的

8、光子說hE 愛因斯坦從普朗克的能量子說中得到愛因斯坦從普朗克的能量子說中得到了啟發(fā)，他提出：了啟發(fā)，他提出：13青苗C學(xué)班2.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程愛因斯坦的光電效應(yīng)方程：0WEhk0WhEk或光電子最大初動(dòng)能光電子最大初動(dòng)能 金屬的逸出功金屬的逸出功 W0221cekvmE 一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量h后，一部分能后，一部分能量用來克服金屬的逸出功量用來克服金屬的逸出功，剩下的表現(xiàn)為逸，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能出后電子的初動(dòng)能Ek，即：，即：14青苗C學(xué)班3.3.光子說對(duì)光電效應(yīng)的解釋光子說對(duì)光電效應(yīng)的解釋愛因斯坦方程表明，光電子的初動(dòng)能愛因斯坦方程表明，光電

9、子的初動(dòng)能E Ek k與與入射光的頻率成線性關(guān)系，與光強(qiáng)無關(guān)。只入射光的頻率成線性關(guān)系，與光強(qiáng)無關(guān)。只有當(dāng)有當(dāng)hh 時(shí)，才有光電子逸出，時(shí)，才有光電子逸出， 就是就是光電效應(yīng)的截止頻率。光電效應(yīng)的截止頻率。hWc0電子一次性吸收光子的全部能量，不需要電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，光電流自然幾乎是瞬時(shí)發(fā)積累能量的時(shí)間，光電流自然幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。生的。光強(qiáng)較大時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金光強(qiáng)較大時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子多，因而飽和電流大。屬時(shí)產(chǎn)生的光電子多，因而飽和電流大。15青苗C學(xué)班由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電由于愛因斯坦提出的光子假說

10、成功地說明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律, ,榮獲榮獲19211921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動(dòng)理論。波動(dòng)理論。 美國物理學(xué)家密立根，花了十年時(shí)間做了美國物理學(xué)家密立根，花了十年時(shí)間做了“光電效光電效應(yīng)應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，結(jié)果在實(shí)驗(yàn)，結(jié)果在1915年證實(shí)了愛因斯坦方程，年證實(shí)了愛因斯坦方程，h 的的值與理論值完全一致，又一次證明了值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子光量子”理論理論的正確。的正確。16青苗C學(xué)

11、班愛因斯坦由于愛因斯坦由于對(duì)對(duì)光電效光電效應(yīng)應(yīng)的理論解釋和對(duì)的理論解釋和對(duì)理論理論物理學(xué)物理學(xué)的貢獻(xiàn)的貢獻(xiàn)獲得獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)密立根由于密立根由于研究基本電荷和研究基本電荷和光電效應(yīng)光電效應(yīng)，特別是通過著名，特別是通過著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位。小單位。獲得獲得19231923年諾貝年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)爾物理學(xué)獎(jiǎng)。17青苗C學(xué)班放大器放大器控制機(jī)構(gòu)控制機(jī)構(gòu)K1K2K3K4K5KA。18青苗C學(xué)班應(yīng) 用 光電管光電源電流計(jì)IAK19青苗C學(xué)班光的粒子性光的粒子性一、光電效應(yīng)的基本規(guī)律一、光電效應(yīng)的基本規(guī)律1.光電效應(yīng)現(xiàn)象光電效應(yīng)現(xiàn)象2.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律 20青苗C學(xué)班1.1.在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來不帶在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針就張開光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針就張開一個(gè)角度，如圖所示，一個(gè)角度，如圖所示，這時(shí)這時(shí)( )( )A.A.鋅板帶正電，指針帶負(fù)電鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B.B.鋅板帶正電，指針帶正電鋅板帶正電，指針帶正電C.C.鋅板帶負(fù)電，指針帶正電鋅板帶負(fù)電，指針帶正電D.D.鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電B練習(xí)練習(xí)21青苗C學(xué)班2.2.一束黃光照射某金屬表面時(shí)，不能