光電效應(yīng)高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修3

第四章

原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第二節(jié)

光電效應(yīng)2光的經(jīng)典電磁理論無(wú)法解釋的光電效應(yīng)的三個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：2.光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能應(yīng)該越大，所以遏止電壓UC應(yīng)與光的強(qiáng)弱有關(guān)。1.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。3.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，這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生光電流的時(shí)間。光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難這些結(jié)論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾，

經(jīng)典電磁理論更是無(wú)法解釋。復(fù)習(xí)回顧

1.光量子理論（光子說(shuō)）愛(ài)因斯坦在普朗克量子假說(shuō)的基礎(chǔ)上，做了進(jìn)一步假設(shè)，建立起光電效應(yīng)理論。愛(ài)因斯坦認(rèn)為：光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割能量子組成的。每一份稱為光量子，簡(jiǎn)稱光子。光子的能量：

三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論光的強(qiáng)度

I=NhνEK=hv-W0

金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hv，一部分大小為W0的能量被電子用來(lái)脫離金屬，剩下的是逸出后電子的初動(dòng)能。即：hv＝W0+EK——光電子最大初動(dòng)能

——金屬的逸出功

W0（光電效應(yīng)方程）式中h叫普朗克常量(h=6.63×10-34J·s)注意：式中Ek是光電子的最大初動(dòng)能。

2.光電效應(yīng)方程三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論

3.光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋①

截止頻率的解釋當(dāng)hv≥W0→產(chǎn)生光電效應(yīng)當(dāng)hv<W0→無(wú)光電效應(yīng)當(dāng)hv=W0→（截止頻率）光照射到金屬中的電子時(shí)，一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子的能量hv。OEKvvcW0三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論EK=hv-W0②

遏止電壓的解釋

結(jié)論：對(duì)某種金屬W0一定，遏止電壓Uc只與入射光的頻率有關(guān)，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。eUc=hv-W0遏止電壓

3.光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論③瞬時(shí)性的解釋

對(duì)于同種頻率的光，光較強(qiáng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面的光子數(shù)較多,

照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大。④飽和電流的解釋由上可見，愛(ài)因斯坦的光量子理論完美解釋了光電效應(yīng)的各種現(xiàn)象。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)生的。（每個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子，同時(shí)吸收兩個(gè)光子的概率幾乎為零）。

3.光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論美國(guó)物理學(xué)家密立根，花了十年時(shí)間做了“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，根據(jù)光電效應(yīng)方程得出的h與普朗克黑體輻射得出的h在誤差范圍內(nèi)是一致的，這為愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論提供了直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)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`背了光的波動(dòng)理論。光電效應(yīng)顯示：光子像其他粒子一樣，也具有能量，光具有粒子性。

4.密立根驗(yàn)證光電效應(yīng)方程三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論

愛(ài)因斯坦由于對(duì)光電效應(yīng)的理論解釋和對(duì)理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過(guò)著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。。三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論

愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程給出了光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率v的關(guān)系。但是，很難直接測(cè)量光電子的動(dòng)能，容易測(cè)量的是截止電壓Uc。

那么，怎樣得到截止電壓Uc與光的頻率v和逸出功W0的關(guān)系呢?

EK=hv-W0

【思考與討論】三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論【例題】如圖所示，當(dāng)開關(guān)K斷開時(shí)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.6V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零。當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.6V時(shí)，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為(

)A.1.9eV B.0.6eVC.2.5eV D.3.1eVA【例題】(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(4.27,0)，與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(5.5,0.5)。由圖可知(

)A．該金屬的截止頻率為4.27×1014HzB．該金屬的截止頻率為5.5×1014HzC．該圖線的斜率表示普朗克常量D．該金屬的逸出功為0.5eVACX射線λ＝λ0石墨體（散射物質(zhì)）λ=λ0λ>λ0

光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。2.康普頓效應(yīng)

1.光的散射經(jīng)典理論無(wú)法解釋康普頓效應(yīng)。

四、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量3.光子模型解釋康普頓效應(yīng)當(dāng)入射光子和晶體中的電子碰撞時(shí)，把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，因而光子的動(dòng)量可能會(huì)減少。光子不僅具有能量，而且具有動(dòng)量，光子的動(dòng)量p與光的波長(zhǎng)λ和普朗克常量h有關(guān)。

P↓——

λ↑4.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義

①

有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)。

②

首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”

的假設(shè)。

③

證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的。四、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量1.光學(xué)發(fā)展史牛頓的微粒說(shuō)惠更斯和托馬斯楊的波動(dòng)說(shuō)麥克斯韋的電磁理論愛(ài)因斯坦的光子理論2.光具有波粒二象性①光在傳播過(guò)程中表現(xiàn)出波動(dòng)性，如干涉、衍射、偏振現(xiàn)象。②光在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)表現(xiàn)出粒子性，如光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)。光子能量：E=hν

光子動(dòng)量：

五、光的波粒二象性練習(xí)1．康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射的X射線中，除了有與入射波長(zhǎng)相同的成分外，還有其他波長(zhǎng)的X射線，這是由入射光子與晶體中的電子碰撞引起的。已知普朗克常量為h。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．康普頓效應(yīng)揭示了光的粒子性B．光子散射后波長(zhǎng)變大C．光子與電子碰撞后速度變小D．若碰撞后電子的動(dòng)量為p，則其物質(zhì)波波長(zhǎng)為C2.A、B兩種光子的能量之比為2∶1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能分別為EA、EB，普朗克常量為h，則下列說(shuō)法正確的是()A.A、B兩種光子的頻率之比為1∶2B.所產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能之比為2∶1C.該金屬的逸出功W0＝EA－2EBD.該金屬的截止頻率νc＝C3．如圖所示是某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率v的關(guān)系圖線，a、b均為已知量（a>0，b>0）。由圖線可知（）A．該金屬的逸出功W0=aB．斜率表示普朗克常量的倒數(shù)C．圖中a與b的值與入射光的強(qiáng)度、頻率均有關(guān)D．若入射光頻率為3b，則光電子的最大初動(dòng)能為3bA4．圖甲是探究“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)電路圖，某光電管遏止電壓