光電效應(yīng) 高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊(cè)

第二節(jié)

光電效應(yīng)第一課時(shí)

光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律與經(jīng)典解釋中的疑難問(wèn)題與思考：?jiǎn)栴}一：分析上述現(xiàn)象產(chǎn)生的可能原因？光電效應(yīng)：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子逸出的現(xiàn)象。逸出的電子稱之為光電子問(wèn)題二：如果原來(lái)鋅板原來(lái)不帶電，用紫外線照射，是否能夠發(fā)生類似的現(xiàn)象？問(wèn)題三：若是能發(fā)生光電效應(yīng)，鋅板帶什么電？電子逸出的過(guò)程中，驗(yàn)電器的張角會(huì)不會(huì)一直增大？光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：光電效應(yīng)的研究史：1.最早發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)：1887年赫茲在研究電磁波實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)受到光照的接收電路間隙更容易產(chǎn)生電火花；2.德國(guó)物理學(xué)家勒納德、英國(guó)物理學(xué)家J.J.湯姆孫相繼通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)光電效應(yīng)。3.1905年，愛(ài)因斯坦發(fā)表論文《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)試探性觀點(diǎn)》解釋了光電效應(yīng)，并因此獲得1921年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：實(shí)驗(yàn)優(yōu)化：?jiǎn)栴}：閉合開(kāi)關(guān)后，A板、B板的極性？電流表中是否有電流？陰極（-）陽(yáng)極（+）問(wèn)題：閉合開(kāi)關(guān)后，用光照射陰極K，如果有光電子逸出，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？功能：通過(guò)電流表的示數(shù)判斷是否發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，該電流稱之為光電流實(shí)驗(yàn)：換用不同頻率的光照射陰極K，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象現(xiàn)象：當(dāng)入射光的頻率小于某一數(shù)值νc時(shí)，光電流消失結(jié)論：金屬發(fā)生光電效應(yīng)存在截止頻率（νc）或稱之為極限頻率，不同金屬的截止頻率不同，與金屬本身的性質(zhì)有關(guān)。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：實(shí)驗(yàn)優(yōu)化：?jiǎn)栴}：保持光照條件不變，增大AK兩板間電壓，可能發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？功能：通過(guò)光電流的大小可以判斷單位時(shí)間從K板逸出到達(dá)A板的光電子數(shù)量。結(jié)論：在一定的光照條件下，單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)是一定的，當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)，所有的光電子都被陽(yáng)極A吸收，此時(shí)電路中達(dá)到最大電流，稱之為飽和電流（Im）。現(xiàn)象：隨著電壓增大，光電流先增大，增大至一定值后趨于穩(wěn)定，達(dá)到飽和值。功能：通過(guò)飽和電流的大小可以判斷單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子總數(shù)。結(jié)論：對(duì)于一定頻率的光，入射光強(qiáng)度越大，單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)越多。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：實(shí)驗(yàn)優(yōu)化：?jiǎn)栴}：若將電源反向，調(diào)節(jié)電壓大小，可能發(fā)生什么現(xiàn)象？結(jié)論：電路中存在遏止電壓，調(diào)節(jié)電壓大小，使光電流減小到0的的反向電壓稱之為遏止電壓（Uc）問(wèn)題：遏止電壓的存在說(shuō)明什么問(wèn)題？通過(guò)遏止電壓可求解什么？問(wèn)題：上式中的速度與動(dòng)能分別指什么？功能：通過(guò)遏止電壓可以計(jì)算光電子逸出時(shí)的最大初動(dòng)能實(shí)驗(yàn)：改變光照強(qiáng)度、入射光頻率、金屬種類分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象三：僅改變光照強(qiáng)度，遏止電壓始終相同，改變光的頻率以及金屬種類，遏止電壓會(huì)發(fā)生變化。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：實(shí)驗(yàn)優(yōu)化：現(xiàn)象三：僅改變光照強(qiáng)度，遏止電壓始終相同，改變光的頻率以及金屬種類，遏止電壓會(huì)發(fā)生變化。結(jié)論：對(duì)于同一種金屬，逸出的光電子最大初動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。規(guī)律總結(jié)：整理上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，分析電路中光電流隨電壓變化的規(guī)律，并定性畫出某一固定色光照射金屬板，光電效應(yīng)現(xiàn)象中光電流隨兩板間電壓變化的圖象。UIOImUc藍(lán)光思考：若換用黃光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖線會(huì)有什么變化？黃光思考：若改變光照強(qiáng)度，圖線會(huì)有什么變化？Uc′黃光（強(qiáng)）光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：實(shí)驗(yàn)優(yōu)化：規(guī)律總結(jié)：整在上述實(shí)驗(yàn)中，若是入射光頻率超過(guò)截止頻率（ν0）時(shí)，無(wú)論入射光怎樣微弱，光照射到金屬時(shí)會(huì)立即產(chǎn)生光電流（t<10-9s），若入射光不滿足條件，無(wú)論照射多長(zhǎng)時(shí)間均不能產(chǎn)生光電流，即光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性。光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難：結(jié)論：金屬表面層存在一種力阻礙電子的逃逸，電子要從金屬中掙脫出來(lái)，必須獲得一定能量以克服這種阻礙。要使電子脫離某種金屬，需要外界對(duì)它做功的最小值叫做這種金屬的逸出功（W0）包含但不僅限于庫(kù)侖力最小值的意義表現(xiàn)在哪？光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難：經(jīng)典電磁理論不能解釋的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：1.光電效應(yīng)存在截止頻率（ν0）2.光電效應(yīng)存在遏止電壓，即逸出的光電子具有最大初動(dòng)能3.光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性經(jīng)典電磁理論能夠解釋的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

光照射金屬表面，電子吸收光的能量，吸收的能量超過(guò)逸出功，電子從金屬表面逸出，光照強(qiáng)度越大，逸出的電子數(shù)越多，光電流越大。第二節(jié)

光電效應(yīng)第二課時(shí)

光的粒子性愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)理論：普朗克（能量子）：假定組成黑體的振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能

量值ε的整數(shù)倍。這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫作能量子愛(ài)因斯坦（光子說(shuō)）：假定電磁波本身的能量也是不連續(xù)的，即認(rèn)為

光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成，

頻率為ν的光得到能量子為hν，稱之為光子基于愛(ài)因斯坦光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋：+-ε光子能量：ε=hν

逸出功：W0

初動(dòng)能：Ek

思考：為什么不考慮電子逸出前的初始能量？愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)理論：愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：逸出功（W0）：要使電子脫離金屬，外界對(duì)其做功的最小值。最大初動(dòng)能（Ek）思考：用某一頻率的光照射金屬，能夠發(fā)生光電效應(yīng)，逸出的電子初動(dòng)能是一個(gè)確定值嗎？思考：用不同頻率的光照射金屬，能夠發(fā)生光電效應(yīng)，頻率大的光照射金屬逸出的電子初動(dòng)

能一定越大嗎？思考：方程中只取了一個(gè)光子的能量，電子有沒(méi)有可能同時(shí)吸收多個(gè)光子能量而獲得更大的

逸出初動(dòng)能？利用愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)理論解釋光電效應(yīng)：1.滿足一定條件的光照射金屬能夠發(fā)生光電效應(yīng)嘗試?yán)脨?ài)因斯坦光電效應(yīng)理論解釋以下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：2.飽和電流Im隨著光照強(qiáng)度增大而增大3.光電效應(yīng)現(xiàn)象中存在截止頻率（ν0）4.光電效應(yīng)現(xiàn)象中遏止電壓（Uc）與入射光的頻率有關(guān)，而與光照強(qiáng)度無(wú)關(guān)5.光電效應(yīng)現(xiàn)象具有瞬時(shí)性光電效應(yīng)概念梳理：概念與規(guī)律物理意義決定因素相互關(guān)系截止頻率（νc）能夠使金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率逸

出

功（W0）要使電子脫離某種金屬，需要外界對(duì)它做功的最小值由金屬本身特性決定飽和電流（Im）反應(yīng)單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與光照強(qiáng)度有關(guān)n為單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)遏止電壓（Uc）分析光電子逸出的最大初動(dòng)能由入射光頻率及金屬逸出功決定愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程變式強(qiáng)化練習(xí)：例：鋁的逸出功是4.2eV，現(xiàn)在將波長(zhǎng)為200nm的光照射鋁的表面。

（1）求光電子的最大初動(dòng)能。

（2）求遏止電壓。

（3）求鋁的截止頻率。普朗克常量的測(cè)定：斜率：意義：1907年起，美國(guó)物理學(xué)家密立根以精湛的技術(shù)測(cè)量金屬的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的h進(jìn)行比較，兩者的誤差范圍小于0.5%，為愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)理論提供了直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)?？灯疹D效應(yīng)與光子的動(dòng)量：康普頓（美國(guó)物理學(xué)家）：1918~1922年研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長(zhǎng)λ0相同的成分外，還有大于λ0的成分。吳有訓(xùn)（中國(guó)留學(xué)生）：測(cè)試了多種物質(zhì)對(duì)X射線的散射現(xiàn)象，證實(shí)了康普頓效應(yīng)的普遍性。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：康普頓效應(yīng)與光子的動(dòng)量：◆基于經(jīng)典電磁理論的解釋理論解釋：◆康普頓基于光子假說(shuō)的解釋光子不僅具有能