教育专题：教育专题：【原创课件】物理：172《光的粒子性》课件（新人教版选修3-5）.ppt

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1、第第1 1课时课时 光电效应光电效应 光子光子17.217.2科学的转折：光的粒子性科学的转折：光的粒子性问题：问题：回顾前面的学习，总结人回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程类对光的本性的认识的发展过程？光的本性光的本性1672牛顿牛顿牛顿牛顿微粒说微粒说微粒说微粒说T/年年惠更斯惠更斯惠更斯惠更斯波动说波动说波动说波动说1690麦克斯韦麦克斯韦麦克斯韦麦克斯韦电磁说电磁说电磁说电磁说18641905爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦光子说光子说光子说光子说波波波波动动动动性性性性粒粒粒粒子子子子性性性性1801托马斯托马斯杨杨双缝干涉双缝干涉实验实验1814菲涅耳菲涅耳衍射实验

2、衍射实验赫兹赫兹电磁波实验电磁波实验1888赫兹赫兹发现光电效应发现光电效应牛顿微粒说牛顿微粒说占主导地位占主导地位波动说波动说渐成真理渐成真理.当光线照射在金属表面时，金属中有当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为电子逸出的现象，称为光电效应光电效应。逸逸出的电子称为出的电子称为光电子光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电子定向移动形成的电流叫光电流光电流 一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律实验装置实验装置观察实验发现以下规律：实验发现以下规律：存在着饱和电流存在着饱和电流实实验验表表明明：入入射射光光越越强强，单单位位时间内发射的光电子数越多；时间内发射的光电子数越多

3、；入射光越强，饱和光电流越大。入射光越强，饱和光电流越大。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，遏止电压都相同。同一频率光照射，不管光强如何，遏止电压都相同。光照频率越高，遏止电压越高。光照频率越高，遏止电压越高。存在着遏止电压和截止频率存在着遏止电压和截止频率光电子的能量只与入射光的频率有关。入射光的频率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时不能发生光电效应。低于截止频率时不能发生光电效应。光电效应具有瞬时性光电效应具有瞬时性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

4、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。二二.光电效应解释中的疑难光电效应解释中的疑难 按照光的电磁理论，应得出以下结论：按照光的电磁理论，应得出以下结论：光光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压UC应与光的强弱有关应与光的强弱有关；不管光的频率如何，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，不应存在截止频率表面，不应存在截止频率；如果光很弱，按经如果光很弱，按经典

5、电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时典电磁理论估算，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，这个时间远远间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于大于10-9 S。以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无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。法用经典的波动理论来解释光电效应。1.1.光子说光子说(爱因斯坦于爱因斯坦于19051905年提出年提出)在空间传播的光不是连续的而是一在空间传播的光不是连续的而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比。子的能量跟它的频率成正比。即即:E:Eh

6、h ，表示光的频率，表示光的频率，h h 叫普朗克叫普朗克常量，常量，h h6.636.631010-34-34焦耳秒焦耳秒三三.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程2.2.光电效应方程光电效应方程逸出功：逸出功：金属表面上的电子逸出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时要克服金属原子核的引力所做功的最小值。不同金属的最小值。不同金属,其逸出功不其逸出功不同。同。有：有：W0=h0光电效应方程：光电效应方程：EkhW0三三.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程3.3.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

7、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 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效 应的实验规律应的实验规律,荣获荣获19211921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖。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。波动理论。4.4.光电效应理论的验证光电效应理论的验证 美国物理学家密立根，花了十年时间做了美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效光电效应应”实验，结果在实验，结果

8、在1915年证实了爱因斯坦方程，年证实了爱因斯坦方程，h 的的值与理论值完全一致，又一次证明了值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子光量子”理论理论的正确。的正确。三三.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程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例题：由密立根实

9、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很难测很难测Ek，怎样改，怎样改成成Uc与与v、W0关系？关系？提示：提示：Ek=eUc 由图象求参数的方法：由图象求参数的方法：电源电动势和内阻电源电动势和内阻（直接求参数）（直接求参数）用单摆测重力加速度用单摆测重力加速度（用图象求平均值）（用图象求平均值）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(photoelementph

10、otoelement)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。四四.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

11、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。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

12、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D3 3、三种不同的入射光线甲、乙、丙分别照射在三种不同的金、三种不同的入射光线甲

13、、乙、丙分别照射在三种不同的金属属a a、b b、c c上，均恰能使金属中逸出光电子。已知三种光线的上，均恰能使金属中逸出光电子。已知三种光线的波长波长甲甲乙乙丙丙，则，则（）A A、用三种入射光照射金属、用三种入射光照射金属a a，均可发生光电效应，均可发生光电效应B B、用三种入射光照射金属、用三种入射光照射金属c c ，均可发生光电效应，均可发生光电效应C C、用入射光甲和乙同时照射金属、用入射光甲和乙同时照射金属c c，可能发生光电效应，可能发生光电效应D D、用入射光甲照射金属、用入射光甲照射金属b b，可能发生光电效应，可能发生光电效应A4 4、用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲

14、使光电子从阴极、用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大应（逸出时的最大初动能增大应（）A A改用红光照射改用红光照射 B B增大绿光的强度增大绿光的强度C C增大光电管上的加速电压增大光电管上的加速电压 D D改用紫光照射改用紫光照射D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