原创：17.2-科学的转折：光的粒子性(讲授式)1.pptx

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1、第二节光的粒子性第十七章波粒二象性一、光电效应现象当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，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二.光电效应的实验规律（1）存在饱和电流光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。因为光照条件一定时，K发射的电子数目一定。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。阳极阴极：使光电流减小到零的反向电压－++++++一一一一一一v加反向电压，如右图所示：光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运动。若最大的初动能U=0时，I≠0，因为电子有初速度则I=0，式中UC为遏

2、止电压(2)存在遏止电压和截止频率a.存在遏止电压UCEEUFKA二.光电效应的实验规律IUOU光电效应伏安特性曲线遏止电压Is饱和电流黄光（强）黄光（弱）兰光Ub(2)存在遏止电压二.光电效应的实验规律实验表明: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，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。经研究后发现：b.存在截止频率c对于每种金属，都相应确定的截止频率c。当入射光频率>c时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率<c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。(2)存在遏止电压和截止频率阳极阴极二.光电效应的实

3、验规律实验结果：即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10－9秒（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。光电效应在极短的时间内完成(3)具有瞬时性阳极阴极二.光电效应的实验规律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。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。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。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

4、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10-9S。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.温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。三.光电效应解释中的疑难1.光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。爱因斯坦的光子说爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：四.爱因斯坦的光量子假设2.爱因斯坦的光电效应方程1.光子：或——光电子最大

5、初动能——金属的逸出功W0一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：四.爱因斯坦的光量子假设3.光子说对光电效应的解释①爱因斯坦方程表明，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hν>W0时，才有光电子逸出光电效应的截止频率是：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。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。四.爱因斯坦的光量子假设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,荣获1921年诺贝尔物理学奖。爱因斯坦光子假

6、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波动理论。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。三.爱因斯坦的光量子假设？思考与讨论:电子的动能很难直接测量，但是截止电压容易得到，Uc与有什么关系放大器控制机构可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。四.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.光电倍增管例1.铝的逸出功是4.2e

7、V，现在将波长200nm的光照射铝的表面。（1）求光电子的最大初动能。（2）求遏止电压。（3）求铝的截止频率。【解析】（1）根据爱因斯坦光电效应方程得：光电子的最大初动能为=3.3×10-19J．（2）根据动能定理遏止电压为：（3）当光电子逸出时的动能为零时，再减小照射光的频率便不能发生光电效应了，截止频率为：例2.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随