4.2光電效應課件高二下學期物理人教版選擇性

光電效應17世紀明確形成了兩大對立學說牛頓惠更斯微粒說波動說19世紀初證明了波動說的正確性由于波動說沒有數(shù)學基礎以及牛頓的威望使得微粒說一直占上風19世紀末光電效應現(xiàn)象使得愛因斯坦在20世紀初提出了光子說：光具有粒子性對光學的研究從很早就開始了……實驗現(xiàn)象：一、光電效應：當光照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應。逸出的電子稱為光電子。新課引入

用紫外線燈照射后，驗電器張開的指針夾角會變小,說明鋅板帶的負電荷變少了。這意味著，紫外線會讓電子從鋅板表面逸出。光線經石英窗照在陰極上，便有電子逸出----光電子。光電子在電場作用下形成光電流。二、光電效應的實驗規(guī)律1.光電效應實驗窗口I二、光電效應的實驗規(guī)律

當入射光頻率減小到某一數(shù)值

c時，A、K極板間不加反向電壓，電流也為0。此時的光的頻率

c即為截止頻率！1.截止頻率1.金屬要發(fā)生光電效應與入射光強弱無關，只與頻率有關。2.入射光頻率低于截止頻率時，不管光照多強，金屬都不會發(fā)生光電效應！不同金屬的截止頻率不同。截止頻率與金屬自身的性質有關。二、光電效應的實驗規(guī)律光照不變，增大UAK，G表中電流達到某一值后不再增大，即達到飽和值。2.飽和電流頻率不變，入射光越強，飽和電流越大，單位時間內發(fā)射的光電子數(shù)越多。二、光電效應的實驗規(guī)律當K、A間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當電壓達到某一值Uc時，光電流恰為0。Uc稱截止電壓。3.截止電壓光電子克服電場力做功，到達A極板時速度剛好為零。同一種金屬，截止電壓只與光的頻率有關。光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關，與入射光的強弱無關。二、光電效應的實驗規(guī)律即使入射光的強度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉。4.光電效應具有瞬時性更精確的研究推知，光電子發(fā)射所經過的時間不超過10-9秒（這個現(xiàn)象一般稱作“光電子的瞬時發(fā)射”）。二、光電效應的實驗規(guī)律1.對于任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能發(fā)生光電效應，低于這個頻率就不能發(fā)生光電效應；2.當入射光的頻率大于極限頻率時，入射光越強，飽和電流越大；3.光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨著入射光的頻率增大而增大；4.入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9秒?？偨Y：三、光電效應經典解釋中的疑難逸出功W0：使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功。幾種金屬的截止頻率和逸出功三、光電效應經典解釋中的疑難光越強，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可以獲得足夠能量從而逸出表面，不應存在截止頻率。光越強，光電子的初動能應該越大，所以截止電壓Uc應該與光的強弱有關。如果光很弱，按經典電磁理論估算，電子需要幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量。無法用經典的波動理論來解釋光電效應。逸出功W0：使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功。1.光子：

光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν。這些能量子后來被稱為光子。愛因斯坦的光子說愛因斯坦從普朗克的能量子說中得到了啟發(fā)，他提出：四.愛因斯坦的光子假設2.愛因斯坦的光電效應方程

一個電子吸收一個光子的能量hν后，一部分能量用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動能Ek，即：四.愛因斯坦的光子假設光子能量逸出功最大初動能即愛因斯坦由于對光電效應的理論解釋和對理論物理學的貢獻獲得1921年諾貝爾物理學獎密立根由于研究基本電荷和光電效應，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學獎。四、愛因斯坦的光電效應理論思考與討論

白天的天空各處都是亮的；航天員在大氣外飛行時，盡管太陽的光線耀眼刺目，其他地方的天空卻是黑的，甚至可以看見星星。這是為什么？(一)光的散射

光在介質中與物質微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射.五.康普頓效應X射線λ＝λ0石墨體（散射物質）λ=λ0λ>λ0說明能量有損失，導致波長變長。1918~1922年，美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了有與入射波長λ0相同的成分外，還有波長大于λ0的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應。康普頓(二)康普頓效應五.康普頓效應康普頓正在測晶體對X射線的散射

按經典電磁理論：

如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的！一.康普頓效應

根據(jù)經典電磁波理論，當電磁波通過物質時，物質中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應等于入射光頻率。二.康普頓的解釋1.光子不僅具有能量，而且具有動量，光子的動量p與光的波長λ和普朗克常量h有關：愛因斯坦質能方程：光子能量：波長變長的解釋：P↓——

λ↑現(xiàn)在你知道為什么光撞在人身上，卻沒有被撞的感覺了嗎？h=6.626

10-34J/s波長λ算它是5

10-6m約P=1.21

10-28kgm/s2.光子理論對康普頓效應的解釋①若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。

②若光子和束縛很緊的內層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質量遠小于原子質量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。

③因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關，所以波長改變和散射角有關。二.康普頓的解釋康普頓效應康普頓效應康普頓,1927年獲諾貝爾物理學獎(1892-1962)美國物理學家1.有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設；2.首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設；3.證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的。

康普頓的成功也不是一帆風順的，在他早期的幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某種熒光輻射”；在計算中開始只考慮能量守恒，后來才認識到還要用動量守恒?？灯疹D于1927年獲諾貝爾物理獎。三.康普頓散射實驗的意義1925—1926年，吳有訓用銀的X射線(

0=5.62nm)為入射線,以15種輕重不同的元素為散射物質，1923年,參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應的研究工作.對證實康普頓效應作出了重要貢獻。

在同一散射角()測量各種波長的散射光強度，作了大量X射線散射實驗。

（1897-1977）吳有訓四.吳有訓對研究康普頓效應的貢獻愛因斯坦光電效應表明光子具有能量康普頓效應表明光