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1、, 2 光的粒子性（1）,1. 知道光电效应现象和光电子的概念。 2. 了解光电效应产生的条件。 了解爱因斯坦的光子说。 4. 了解饱和电流、遏止电压和截止频率，理解光电效应的规律 5. 理解爱因斯坦光电效应方程，会用光电效应方程解决简单问题。,首先通过物理学史，引入新课内容光的粒子性。通过光电效应实验，得出光电效应的概念，接着通过视频，观察光电效应实验的规律，和学生共同总结出光电效应实验的三条规律。又通过“无法用经典的波动理论来解释光电效应”，提出三个结论都与实验结果相矛盾的问题，引出爱因斯坦的光电效应方程。最后通过光电效应理论的验证的介绍，验证了爱因斯坦的光电效应方程理论的正确性，并且补充
2、了光电效应在近代技术中的应用。 在光电效应的实验中，利用视频演示了锌板在紫外光和白炽灯照射下发生的现象，使学生产生了浓厚的学习兴趣。并通过展示原理图，让学生了解光电效应实验的原理和规律。在介绍爱因斯坦的光电效应方程理论的时候，可以结合学生以往对功能关系的学习，进而得出矛盾的观点，引出光电效应理论的验证，并通过光控继电器和光电倍增管的例子，说明光电效应在近代技术中的应用，使学生能结合生活生产活动，联系物理的理论学习。,托马斯杨 光的干涉,菲涅尔 光的衍射,马吕斯 光的偏振,19世纪初期，光的波动说占主导地位,19 世纪 60 年代和 80 年代，麦克斯韦和赫兹先后从理论上和实验上确认了光的电磁波
3、本质，光的波动理论似乎已经完美了。,不断发现和认识新现象，进而理解事物的本性，这是一切科学发展的必由之路。人类对光的认识也是如此。重新提出“光的粒子性”，恰恰展示了曲折的认识过程。科学在这里又一次转折,把一块锌板连接在验电器上，并使锌版带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。,光电效应,验电器指针的张角先变小后变大，表明锌版在紫外线灯照射下失去电子而带正电。,定义：照射到金属表面的光，能使金属中的电子逸出的现象，称为光电效应。,逸出的电子称为光电子。 光电子定向移动形成的电流叫光电流。,一、光电效应现象,1887年，赫兹在研究电 磁波的实验中偶然发现，接 收电路的间隙
4、如果受到光照 就更容易产生电火花。这就 是最早发现的光电效应。 后来经过汤姆逊等多名 科学家的实验研究，证实了 这个现象，即照射到金属表 面的光，能使金属中的电子 从表面逸出，这个现象就叫 光电效应。,光电效应规律,二、光电效应的实验规律,1. 存在饱和电流,光照不变，增大 UAK，电流表G 中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。,因为在光照条件一定时，K 发射的光电子数目一定。电压增加到一定值时，所有光电子都被阳极A吸收。,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。,光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子做减速运动。若,当所加电压U = 0 时，电流I
5、0，因为电子有初速度，会飞到阳极A。在两极间加上反向电压，如图所示。,则 I = 0，式中 Uc 为遏止电压,2. 存在遏止电压和截止频率,遏止电压 Uc ：使光电流减小到零的反向电压,U,K,A,速率最大的是 c,最大初动能,光电流与电压的关系,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。,光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。,截止频率：对于每种金属，都有相应确定的截止频率 c 。,当入射光的频率 c 时，电子才能逸出金属表面；,当入射光的频率 c 时，无论光强多大，也无电子逸出金属表面。,实验结果：即
6、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109 s 即光电效应几乎是瞬时发生的。,光电效应在极短的时间内完成！,3. 具有瞬时性,勒纳德等人通过实验得出以下结论,1. 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，低于这个频率就不能发生光电效应；,4. 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 109 s。,3. 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；,2. 当入射光的频率大于极限频率时，入射光
7、越强，饱和电流越大；,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。,光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。,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。,三、光电效应解释中的疑难,1. 光越强，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。,以上三个结论都与实验结果相矛盾，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。,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
8、-9 s。,1. 光子说：光不仅在发射和吸收时以能量为 h 的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为 的光是由大量能量为 = h 的光子组成的粒子流组成的，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。,在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功 W0 ，另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek 。由能量守恒可得出：,2. 爱因斯坦光电效应方程,四、爱因斯坦的光电效应方程,W0 为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功； 为光电子的最大初动能,3. 光子说对光电效应的解释,(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。,(
9、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。,(1) 爱因斯坦的光电效应方程表明，光电子的初动能 Ek 与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当 h W0 时，才有光电子逸出，vc= W0 /h 就是光电效应的截止频率 。,光电效应显示了光的粒子性,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”理论的正确性。,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
10、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,。,可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。,五、光电效应在近代技术中的应用,1. 光控继电器,可对微弱光线进行放大，可使光电流放大 105 108 倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。,2. 光电倍增管,1. 光电效应现象,2. 光电效应实验规律,4. 爱因斯坦的光电效应方程,3. 光电效应解释中的疑难,5. 光电效应在近代技术中的应用,B,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.
11、换用紫光照射,D,3. 根据图所示研究光电效应的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。,解：当入射光频率分别为 1、2 时，测出遏止电压 U1、U2，由爱因斯坦光电效应方程可得,联立上两式，解得,其中 e 为电子的电量，测出 U1与 U2就可测出普朗克常量,实验步骤：,(1) 将图电路图电源正负对调，滑动变阻器滑动触头滑至最左边，用频率为 1 的光照射，此时电流表中有电流;,将滑动变阻器滑动触头缓慢右滑，同时观察电流表，当电流表示数为零时，停止滑动。记下伏特表的示数U1 。,(2) 用频率为 2的光照射，重复(1)的操作，记下伏特表的示数U2。,(4) 多次测量取平均值。,(3) 应用 计算 h。,
高中物理 17_2 光的粒子性（第1课时）课件 新人教版选修3-5
