17.2《光的粒子性》公开课课件(新人教版选修3-5).ppt

17.2光的粒子性公开光的粒子性公开课课件件(新新人教版人教版选修修3-5)17世纪明确形成了两大对立学说牛顿牛顿惠更斯惠更斯微粒说波动说19世纪初证明了波动说的正确性由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说：光具有粒子性对光学的研究从很早就开始了 2021/5/222表明锌板在射线照射下失去表明锌板在射线照射下失去电子电子而带而带正电正电一一.光电效应光电效应1.1.光电效应现象光电效应现象2021/5/223当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象出的现象。光电子定向移动形成的电流。光电子定向移动形成的电流。阅读课本阅读课本31页，回答以下问题：页，回答以下问题：（1）光电效应：）光电效应：（2）光电子：）光电子：（3）光电流：）光电流：逸出的电子称为逸出的电子称为光电子光电子。1.1.光电效应现象光电效应现象2021/5/224实验装置实验装置2.2.光电效应的实验规律光电效应的实验规律2021/5/2252.2.光电效应的实验规律光电效应的实验规律电流表：电流表：测光电流的大小测光电流的大小电压表：电压表：测两极之间的电测两极之间的电压大小压大小滑动变阻器：滑动变阻器：改变两极之改变两极之间的电压大小间的电压大小2021/5/226观察演示实验演示实验光电流和光电压有何关系？光电流和光电压有何关系？2021/5/2272.2.光电效应的实验规律光电效应的实验规律实验表明：实验表明：保持光频率、光保持光频率、光强不变，增大强不变，增大U UAKAK，G G表中电流表中电流达到某一值后达到某一值后 ，即，即达到达到 值值。保持光频率不变，增大光强，保持光频率不变，增大光强，饱和电流饱和电流 。IOU UAKAKIs黄光（强）黄光（强）黄光（弱）黄光（弱）不再增大不再增大饱和饱和增大增大（1）存在饱和电流）存在饱和电流2021/5/2282.2.光电效应的实验规律光电效应的实验规律实验结论实验结论1 1：1.1.存在饱和电流，入射光越强，饱和电流越存在饱和电流，入射光越强，饱和电流越 ，单位时间内发射的光电子数越单位时间内发射的光电子数越 。Is大大多多2021/5/2292.2.光电效应的实验规律光电效应的实验规律I0U UAKAKIs黄光（强）黄光（强）黄光（弱）黄光（弱）U UAKAK=0=0时，时，Is =0吗？吗？怎样才能让电流减小为怎样才能让电流减小为0？2021/5/2210+一一一一 一一一一 一一一一 一一一一 一一一一 一一一一v加反向电压，如右图所示：加反向电压，如右图所示：光电子所受电场力方向与光电子光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运速度方向相反，光电子作减速运动。若动。若最大的初动能最大的初动能U=0时，时，I0，因为电子有初速度因为电子有初速度EEUFKAa.存在存在遏止电压遏止电压UC C(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率使光电流减小到零的反向电压叫使光电流减小到零的反向电压叫遏遏止电压止电压2021/5/22112.2.光电效应的实验规律光电效应的实验规律实验表明：实验表明：对于一定颜色（频率）的对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，光，无论光的强弱如何，遏止电压遏止电压 的。的。II黄光（黄光（强）强）黄光（黄光（弱）弱）遏遏止止电电压压蓝光蓝光U U2 2U U1 1光的频率光的频率v改变时，改变时，遏止电压是否会改变？遏止电压是否会改变？都是一样都是一样也会改变也会改变。(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率a.存在存在遏止电压遏止电压UC C光的频率光的频率v越高，遏止电压越越高，遏止电压越 。大大2021/5/22122.2.光电效应的实验规律光电效应的实验规律实验结论实验结论2：存在遏制电压存在遏制电压，且跟入射光，且跟入射光的的 有关有关，与与入射入射光的强弱光的强弱 关关，进，进而说明逸出光电子的最大初而说明逸出光电子的最大初动能与动能与入射入射光的光的 有关，有关，与与入射光的入射光的 无关。无关。II黄光（黄光（强）强）黄光（黄光（弱）弱）遏遏止止电电压压蓝光蓝光U(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率a.存在存在遏止电压遏止电压UC C频率频率无无频率频率强弱强弱2021/5/2213经研究后发现：经研究后发现：b.存在存在截止频率截止频率c对于每种金属，对于每种金属，都相应确定的截都相应确定的截止频率止频率 c。当入射光频率当入射光频率 c 时，电时，电子才能逸出金子才能逸出金属表面；属表面；当入射光频率当入射光频率 c时，无论时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。光强多大也无电子逸出金属表面。(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率2021/5/2214把电源正负极反接把电源正负极反接同一频率光照射，不管光强如何，遏止电压都同一频率光照射，不管光强如何，遏止电压都 。光照频率越高，遏止电压越光照频率越高，遏止电压越 。光电子的能量只与入射光的光电子的能量只与入射光的 有关。有关。入射光的频率入射光的频率 于截止频率时不能发生光电效应。于截止频率时不能发生光电效应。(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率相同相同高高频率频率小小2021/5/2215当当频频率率超超过过截截止止频频率率时时，无无论论入入射射光光怎怎样样微微弱弱，几几乎乎在照到金属时立即产生光电流。在照到金属时立即产生光电流。精确测量表明产生电流的时间不超过精确测量表明产生电流的时间不超过10109 9 秒秒，即，即光电效应几乎是瞬时的。光电效应几乎是瞬时的。(3)具有具有 性性瞬时瞬时2021/5/2216反馈练习：反馈练习：1 1、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵、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，验电器指针张开一敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器指针张开一个角度，如图所示，这时个角度，如图所示，这时 ()()A A锌板带正电，指针带负电锌板带正电，指针带负电B B锌板带正电，指针带正电锌板带正电，指针带正电C C锌板带负电，指针带正电锌板带负电，指针带正电D D锌板带负电，指针带负电锌板带负电，指针带负电B2 2、若用绿光照射某种金属板不能发生光电效应，则下列哪一种、若用绿光照射某种金属板不能发生光电效应，则下列哪一种方法可能使该金属发生光电效应（方法可能使该金属发生光电效应（）A.A.增大入射光的强度增大入射光的强度B.B.增加光的照射时间增加光的照射时间C.C.改用黄光照射改用黄光照射D.D.改用紫光照射改用紫光照射D2021/5/22173 3、在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙甲光、乙光、丙光光、丙光)，如图所示则可判断出，如图所示则可判断出()A A甲光的频率大于乙光的频率甲光的频率大于乙光的频率B B乙光的波长大于丙光的波长乙光的波长大于丙光的波长C C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D D甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能子最大初动能B B反馈练习：反馈练习：2021/5/22181.1.光子说光子说(爱因斯坦于爱因斯坦于19051905年提出年提出)二二.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程阅读课本阅读课本28页页”能量子能量子”和课本和课本32页最后一段，页最后一段，回答以下问题：回答以下问题：（1）在空间传播的光是连续还是是一份一份的？）在空间传播的光是连续还是是一份一份的？（2）光子的能量与什么有关系？）光子的能量与什么有关系？（3）光子的能量如何表示？）光子的能量如何表示？在空间传播的光不是连续的而是一份一份的，在空间传播的光不是连续的而是一份一份的，每一份叫做一个每一份叫做一个光子光子.光子的能量跟它的光子的能量跟它的频率频率成正比成正比Eh 表示光的频率表示光的频率h 叫普朗克常量，叫普朗克常量，h6.6310-34焦耳秒焦耳秒2021/5/22212.2.光电效应方程光电效应方程 金属表面上的电子逸出时要克服金属原子核的引力金属表面上的电子逸出时要克服金属原子核的引力所做功的所做功的最小值最小值。EkhW0二二.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程阅读课本阅读课本32-33页，回答以下问题：页，回答以下问题：逸出功逸出功：有：有：W0=h0不同金属不同金属,其逸出功其逸出功 同。同。不不光电效应方程：光电效应方程：一个电子吸收一个光子的能量一个电子吸收一个光子的能量hh后，一部分能量用后，一部分能量用来克服金属的来克服金属的 ，剩下的表现为逸出后电子，剩下的表现为逸出后电子的的 ，即：，即：。逸出功逸出功WW0 0初动能初动能Ek或或2021/5/2222 3 3、对光电效应的实验现象解释：对光电效应的实验现象解释：光强较大时，包含的光子数较多，照射金光强较大时，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。属时产生的光电子多，因而饱和电流大。对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；于这个频率就不能发生光电效应；于这个频率就不能发生光电效应；于这个频率就不能发生光电效应；当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比；与入射光的强度成正比；与入射光的强度成正比；与入射光的强度成正比；光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；入射光的频率增大而增大；入射光的频率增大而增大；入射光的频率增大而增大；入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过一般不超过一般不超过一般不超过10101010-9-9-9-9秒秒秒秒.二二.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程2021/5/22233.3.爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释EkhW00EKW00解释截止频率解释截止频率解释饱和光电流解释饱和光电流解释瞬时性解释瞬时性2021/5/2224爱因斯坦由于爱因斯坦由于对对光电效光电效应应的理论解释和对的理论解释和对理论理论物理学物理学的贡献的贡献获得获得1921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖密立根由于密立根由于研究基本电荷和研究基本电荷和光电效应光电效应，特别是通过著名，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最的油滴实验，证明电荷有最小单位。小单位。获得获得19231923年诺贝尔年诺贝尔物理学奖物理学奖2021/5/2225光电效应显示了光电效应显示了光的光的 性性粒子2021/5/2226例题：由密立根实验例题：由密立根实验(Uc和和v的关系的关系)计算普朗克常量计算普朗克常量=EkhW02021/5/2227 利用光电效应中光电流与入射光强成正比的特性利用光电效应中光电流与入射光强成正比的特性,可以制造光电转换器可以制造光电转换器实现光信号与电信号之间的实现光信号与电信号之间的相互转换。这些相互转换。这些光电转换器光电转换器如光电管如光电管(photoelement)(photoelement)等，广泛应用于光功率测量、光信号记录、电影、电等，广泛应用于光功率测量、光信号记录、电影、电视和自动控制等诸多方面。视和自动控制等诸多方面。三三.光电效应在近代技术中的应用光电效应在近代技术中的应用2021/5/2228光电倍增管光电倍增管(photomultiplier)(photomultiplier)是把光信号变为电信是把光信号变为电信号的常用器件。号的常用器件。当光照射到阴极当光照射到阴极 k k 使它发射光电子，这光电子在电压作用使它发射光电子，这光电子在电压作用下加速轰击第一阴极下加速轰击第一阴极k k1 1，使之又发射次级光电子，这些次级光，使之又发射次级光电子，这些次级光电子再被加速轰击第二阴极电子再被加速轰击第二阴极k k2,.2,.如此继续下去，利用如此继续下去，利用10101515个次阴极，可将光电流放大几百万倍。即一束微弱的入射个次阴极，可将光电流放大几百万倍。即一束微弱的入射光，将转变成放大了的光电流，可以通过电流计显示出来。光，将转变成放大了的光电流，可以通过电流计显示出来。2021/5/2229小结小结1.1.光电效应现象光电效应现象3.3.爱因斯坦光电效应方程及其对实验结论的解释爱因斯坦光电效应方程及其对实验结论的解释EkhW0解释截止频率解释截止频率解释饱和光电流解释饱和光电流解释瞬时性解释瞬时性入射光越强，单位时间中发射的光电子越多入射光越强，单位时间中发射的光电子越多光电子的能量只与入射光的频率有关。入射光的频率低光电子的能量只与入射光的频率有关。入射光的频率低于截止频率（极限频率）时不能发生光电效应。于截止频率（极限频率）时不能发生光电效应。2.2.光电效应规律光电效应规律光电效应具有瞬时性光电效应具有瞬时性2021/5/2230作业布置作业布置1 1、课本、课本p36p36页页“问题与练习问题与练习”的第的第2 2、3 3、4 4题题2 2、作业本作业本 p14-15 p14-15页页2021/5/2231谢谢大家谢谢大家 爱因斯坦因为在光电效应方面的贡献获得爱因斯坦因为在光电效应方面的贡献获得1921年的年的诺贝尔物理学奖。密立根因为研究光电效应获得诺贝尔物理学奖。密立根因为研究光电效应获得1923年诺贝尔物理学奖，而我们在自然科学领域诺奖还是年诺贝尔物理学奖，而我们在自然科学领域诺奖还是空白，科学永无止境，未来由你们创造。空白，科学永无止境，未来由你们创造。2021/5/22322021/5/2233谢谢！