《高中物理 第四章 波粒二象性 第2节 光电效应与光的量子说课件 教科版选修35》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第四章 波粒二象性 第2节 光电效应与光的量子说课件 教科版选修35（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二节第二节 光电效应与光的量子说光电效应与光的量子说一、光电效应、光的波动说的困难一、光电效应、光的波动说的困难1定义：光照射在金属表面上时，金属中的电定义：光照射在金属表面上时，金属中的电子因吸收光的能量而逸出金属表面的现象子因吸收光的能量而逸出金属表面的现象2光电效应的特征光电效应的特征(1)任何金属均存在截止频率任何金属均存在截止频率(极限频率极限频率)，只有，只有_截止频率，才能引起光电效应截止频率，才能引起光电效应(2)发生光电效应时，光电流的大小由发生光电效应时，光电流的大小由_决定，决定，_越大，光电流越大越大，光电流越大(3)光电子的最大初动能与入射光的频率成光电子的最大初动
2、能与入射光的频率成_关系关系(4)光电效应具有瞬时性，发生时间不超过光电效应具有瞬时性，发生时间不超过109s.3光的波动说无法解释光电效应现象光的波动说无法解释光电效应现象超过超过光强光强光强光强线性线性自主学习自主学习二、光量子概念的提出、光电效应方程二、光量子概念的提出、光电效应方程1光子说：爱因斯坦提出，在空间传播的光光子说：爱因斯坦提出，在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称个光量子，简称_2光子的能量光子的能量h，其中，其中指光的指光的_光光电效应显示了光的电效应显示了光的_3光电效应方程：光电效应方程：_4光的
3、量子说能很好地解释光电效应现象光的量子说能很好地解释光电效应现象光子光子频率频率粒子性粒子性hmv2W问题问题1：人类对光的本性的认识人类对光的本性的认识的发展经历了哪些主要过程？的发展经历了哪些主要过程？小结：人类对光的本性认识的历史进程：小结：人类对光的本性认识的历史进程：微粒说微粒说：认为光是一种粒子认为光是一种粒子 代表人物：牛顿代表人物：牛顿 波动说：波动说：认为光是一种波认为光是一种波 代表人物：惠更斯代表人物：惠更斯光的电磁说：光的电磁说：光是电磁波光是电磁波 提出者：提出者：麦克斯韦麦克斯韦用弧光灯照射擦得很用弧光灯照射擦得很亮的锌板，亮的锌板，(注意用导注意用导线与不带电的验
4、电器线与不带电的验电器相连相连），使验电），使验电器张器张角增大到约为角增大到约为30度时，度时，再用与丝绸磨擦过的再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角则验电器的指针张角会变大。会变大。实验：光电效应现象实验：光电效应现象表明锌板在射线照射下失去电子而带正电学习活动一认识光电效应学习活动一认识光电效应小结：光电效应与光电流：小结：光电效应与光电流： 物体在光的照射下发射电子物体在光的照射下发射电子的现象叫的现象叫光电效应光电效应，发射出来的，发射出来的电子叫电子叫光电子光电子。 光电管就是利用光电效应制成光电管就是利用光电效应制成的一种光学元件，它的作用是把
5、光的一种光学元件，它的作用是把光信号转变为电信号信号转变为电信号 由于光电效应由于光电效应在电路中形成的电在电路中形成的电流叫流叫光电流光电流。问题问题2：光电效应的实验得出了：光电效应的实验得出了哪些规律？哪些规律？学习活动二学习活动二 光电效应的实验规律光电效应的实验规律阳阳极极阴阴极极石英窗石英窗光线经石英窗照在阴极上，便光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出有电子逸出-光电子光电子。光电子在电场作用下形成光电流。光电子在电场作用下形成光电流。光电效应实验光电效应实验阳阳极极阴阴极极将换向开关反接，电场反向，将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电则光电子离开阴极后将受反向电
6、场阻碍作用。场阻碍作用。 当当 K K、A A 间加反向电压，光间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达电子克服电场力作功，当电压达到某一值到某一值 U Uc c 时，光电流恰为时，光电流恰为0 0。 U Uc c称称遏止电压遏止电压。遏止电压遏止电压光光 强强 较较 弱弱光电效应伏安特性曲线光电效应伏安特性曲线光电效应实验装置光电效应实验装置IUcOU遏遏止止电电压压阳阳极极阴阴极极光电效应的实验规律光电效应的实验规律Ua光电效应实验装置光电效应实验装置IIsOU光光 强强 较较 强强光光 强强 较较 弱弱光电效应伏安特性曲线光电效应伏安特性曲线遏遏止止电电压压饱饱和和电电流流光电效应的
7、实验规律光电效应的实验规律阳阳极极阴阴极极光电效应的规律：光电效应的规律：光电效应的实验规律：光电效应的实验规律：光电效应发生时间非常短暂，几乎不需要时间光电效应发生时间非常短暂，几乎不需要时间只有当入射光的频率高于某一只有当入射光的频率高于某一频率频率v0时才能发生光电效应，把时才能发生光电效应，把这一频率这一频率v0叫叫极限频率极限频率 单位时间内发射的光电子数目跟入射光的强度成单位时间内发射的光电子数目跟入射光的强度成正比正比光电子的最大初动能只跟入射光的强度无关，它光电子的最大初动能只跟入射光的强度无关，它随入射光的频率增大而增大随入射光的频率增大而增大问题问题3：光电效应的实验规律与
8、：光电效应的实验规律与经典电磁理论产生了什么矛盾？经典电磁理论产生了什么矛盾？学习活动三光电效应解释中学习活动三光电效应解释中的疑难的疑难 波动理论对光电效应的解释的困难：波动理论对光电效应的解释的困难：波动理论波动理论光电效应实验结果光电效应实验结果困难困难1 1 光能由振幅决定，与光频率光能由振幅决定，与光频率无关，只要光强足够大（不无关，只要光强足够大（不论入射光的频率多），总可论入射光的频率多），总可以使电子获得足够的能量从以使电子获得足够的能量从而发生光电效应而发生光电效应如果如果 0 0，无论光无论光强有多大，都不能发生强有多大，都不能发生光电效应，光能应由光光电效应，光能应由光频
9、率来决定频率来决定困难困难2 2 光强越大，电子可获得更多光强越大，电子可获得更多能量，光电子的最大初动能能量，光电子的最大初动能也应该越大，遏止电压也应也应该越大，遏止电压也应越大。即出射电子的最大初越大。即出射电子的最大初动能应该由光强来决定动能应该由光强来决定光电子的最大初动能、光电子的最大初动能、遏止电压都与光强无关，遏止电压都与光强无关，而与频率有关而与频率有关困难困难3 3 光强大时，电子能量积累的光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量时间就短，光强小时，能量积累的时间就长积累的时间就长当入射光照射到光电管当入射光照射到光电管阴极时，无论光强怎样，阴极时，无论光强怎样，几
10、乎瞬间就产生了光电几乎瞬间就产生了光电子子问题问题4：为了解释光电效应的实验规律：为了解释光电效应的实验规律爱因斯坦提出了光的量子说，其内容是爱因斯坦提出了光的量子说，其内容是什么？是如何解释的？什么？是如何解释的？学习活动四：爱因斯坦的光量子假设学习活动四：爱因斯坦的光量子假设量子假说量子假说 光子：光子：普朗克的量子假说：普朗克的量子假说： 在微观世界里，物理量的取值很多时候在微观世界里，物理量的取值很多时候是不连续的，只能取一些分立的值，这称为是不连续的，只能取一些分立的值，这称为量子化现象。量子化现象。爱因斯坦的光子假说：爱因斯坦的光子假说： 在空间传播的光不是连续的，而是一份在空间传
11、播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子，一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子，光子的能量光子的能量E 跟光的频率跟光的频率成正比成正比。 光子的能量光子的能量 Eh其中其中h是一个常量，叫普朗克常量：是一个常量，叫普朗克常量：h=6.631034J.s光电方程光电方程 光子说对光电效应的解释：光子说对光电效应的解释： 在光电效应中，入射光的能量等于出射的光电在光电效应中，入射光的能量等于出射的光电子的最大初动能与逸出功之和：子的最大初动能与逸出功之和： 即：即： 或或 这叫爱因斯坦光电效应方程，简称光电方程这叫爱因斯坦光电效应方程，简称光电方程 使金属表面的电子能挣
12、脱原子核的引力而逸出使金属表面的电子能挣脱原子核的引力而逸出成为光电子所需做的功叫逸出功成为光电子所需做的功叫逸出功 3. 3. 从方程可以看出光电子初动能和照射从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系光的频率成线性关系 4.4.从光电效应方程中，当初动能为零时，从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极极限频率：可得极极限频率：爱因斯坦对光电效应的解释：爱因斯坦对光电效应的解释： 1. 1. 光强大，光子数多，释放的光电子也光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。多，所以光电流也大。 2. 2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所
13、以不需时间的累积。表面逸出，所以不需时间的累积。 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电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效应的实验规律, ,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，但当时并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波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。动理论。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，结果在1915年证实了爱因斯坦方
14、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。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。金属金属铯铯钠钠锌锌银银铂铂波长波长（m）0.66000.50000.37200.26000
15、.1962频率频率（Hz）4.54510146.00010148.06510141.15310141.5291014部分金属的极限频率和波长部分金属的极限频率和波长几种金属的逸出功几种金属的逸出功铯铯钙钙镁镁铍铍钛钛逸出功逸出功W/eV1.92.73.73.94.1放大器放大器控制机构控制机构可以用于自动控制，可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动跟踪等。自动跟踪等。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1.1.光控继电器光控继电器可对微弱光线进行放可对微弱光线进行放大，可使光电流放大大，可使光电流放大105108 倍，灵敏度倍，灵敏度高，用在工程、天文、
16、高，用在工程、天文、科研、军事等方面。科研、军事等方面。2.2.光电倍增管光电倍增管应 用光电管光电源电流计IAK例例1.(2011年高考广东理综卷年高考广东理综卷)光电效应实验中，光电效应实验中，下列表述正确的是下列表述正确的是()A光照时间越长光电流越大光照时间越长光电流越大B入射光足够强就可以有光电流入射光足够强就可以有光电流C遏止电压与入射光的频率有关遏止电压与入射光的频率有关D入射光频率大于极限频率才能产生光电子入射光频率大于极限频率才能产生光电子问题分析问题分析解析：解析：在光电效应中，若照射光的频率小于在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，极限
17、频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，时间间隔很小，故立刻有光电子产生，时间间隔很小，故A、B错错误，误，D正确由正确由eU0Ek，EkhW，可，可知知U(hW)/e，即遏止电压与入射光频率，即遏止电压与入射光频率有有关关【答案【答案】CD变式训练变式训练1下列光子说解释光电效应规律的说下列光子说解释光电效应规律的说法中，正确的有法中，正确的有()A存在极限频率是因为各种金属都有一定的逸存在极限频率是因为各种金属都有一定的逸出功出功B光的频率越高，电子得到光子的能量越大，光的频率越高，电子得到
18、光子的能量越大，逸出后飞离金属的最大初动能越大逸出后飞离金属的最大初动能越大C电子吸收光子的能量后动能立即增加，成为电子吸收光子的能量后动能立即增加，成为光电子不需要时间光电子不需要时间D光的强度越大，单位时间内入射光子数越多，光的强度越大，单位时间内入射光子数越多，光电子数越多，光电流越大光电子数越多，光电流越大解析：解析：选选ABD.由于各种金属都有一定的逸出功，由于各种金属都有一定的逸出功，因此光照射金属时电子不一定逸出，所以存在因此光照射金属时电子不一定逸出，所以存在极限频率，极限频率，A选项正确；光的频率越高，电子得选项正确；光的频率越高，电子得到的光子的能量越大，克服逸出功后飞离金
19、属到的光子的能量越大，克服逸出功后飞离金属的最大初动能越大，的最大初动能越大，B选项正确；电子吸收光子选项正确；电子吸收光子的能量后不一定逸出，也不一定成为光电子，的能量后不一定逸出，也不一定成为光电子，C选项错误；产生光电效应后，光的强度越大，选项错误；产生光电效应后，光的强度越大，产生光电效应的电子越多，逸出的光电子也就产生光电效应的电子越多，逸出的光电子也就越多，光电流也就越大，越多，光电流也就越大，D选项正确选项正确例例2.在做光电效应的实验时，某金属被光照射发在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ek与入
20、射光的频率与入射光的频率的关系如图所示，由实验图线可的关系如图所示，由实验图线可求出求出()A该金属的极限频率和极限波长该金属的极限频率和极限波长B普朗克常量普朗克常量C该金属的逸出功该金属的逸出功D单位时间内逸出的光电子数单位时间内逸出的光电子数【思路点拨】【思路点拨】由题目可知光电子的最大初动由题目可知光电子的最大初动能与入射光频率之间的关系图像，解答本题可能与入射光频率之间的关系图像，解答本题可先由光电效应方程写出最大初动能与入射光频先由光电效应方程写出最大初动能与入射光频率的关系式，再明确图像的斜率、截距等的物率的关系式，再明确图像的斜率、截距等的物理意义，进而分析判断理意义，进而分析
21、判断【解答【解答】依据光电效应方程依据光电效应方程EkhW可知，可知，当当Ek0时，时，0，即图像中横坐标的截距在数，即图像中横坐标的截距在数值上等于金属的极限频率值上等于金属的极限频率图线的斜率图线的斜率ktan.可见图线的斜率可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量据图像，假设图线在数值上等于普朗克常量据图像，假设图线的延长线与的延长线与Ek轴的交点为轴的交点为C，其截距为，其截距为W，有，有tanW/0.而而tanh，所以，所以Wh0.即图像中即图像中纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功【答案【答案】ABC变式训练变式训练2用不同频率的紫外线分别照射钨
22、和锌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，可得到光电子的最大初的表面而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能动能Ek随入射光频率随入射光频率变化的变化的Ek图像已知钨的图像已知钨的逸出功是逸出功是3.28eV，锌的逸出功是，锌的逸出功是3.34eV，若将二，若将二者的图线画在同一个坐标图中，以实线表示钨，者的图线画在同一个坐标图中，以实线表示钨，虚线表示锌，如图所示，能正确反映这一过程的虚线表示锌，如图所示，能正确反映这一过程的图像是图像是()解析：解析：选选A.根据光电效应方程根据光电效应方程EkhW可知可知Ek图像的斜率为普朗克常量图像的斜率为普朗克常量h，因此图中两线，因
23、此图中两线应平行，应平行，C、D错；图线与横轴的交点表示恰能错；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应发生光电效应(光电子动能为零光电子动能为零)时的入射光频率时的入射光频率即极限频率由光电效应方程可知，逸出功越即极限频率由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的入射光的频率越高，所以能使大的金属对应的入射光的频率越高，所以能使金属锌发生光电效应的极限频率较高所以金属锌发生光电效应的极限频率较高所以A对，对，B错错1 1、_的现象称为光电效应，发射出的现象称为光电效应，发射出来的电子叫来的电子叫_ 。物体在物体在光的照射下发射电子光的照射下发射电子光电子光电子针对训练针对训练2 2、光电管的作用
24、是把、光电管的作用是把 _ _ 信号转变为信号转变为_信号。由信号。由于光电管发生光电效应而在电路中形成的电流叫于光电管发生光电效应而在电路中形成的电流叫_。光光电电光电流光电流3、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锌板带正电，指针带负电锌板带正电，指针带负电B锌板带正电，指针带正电锌板带正电，指针带正电C锌板带负电，指针带正电锌板带负电，指针带正电D锌板带负电，指针带负电锌板带负电
25、，指针带负电B5、已知铯的极限频率为、已知铯的极限频率为4.5451014Hz，钠为，钠为6.01014Hz，银，银为为1.1531015Hz，铂为，铂为1.5291015Hz，当用波长为，当用波长为375nm的光照射它们时，可发生光电效应的是的光照射它们时，可发生光电效应的是_。（光速（光速c=3.0108m/s，光速与波长、频率的关系：，光速与波长、频率的关系：c=f ）铯和钠铯和钠4、若用绿光照射某种金属板不能发生光电效应，则下列哪一、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（种方法可能使该金属发生光电效应（）A.增大入射光的强度增大入射光的强度B
26、.增加光的照射时间增加光的照射时间C.改用黄光照射改用黄光照射D.改用紫光照射改用紫光照射D6、某种频率的光射到金属表面上时，金属表面有电子逸出，、某种频率的光射到金属表面上时，金属表面有电子逸出，若光的频率不变而强度减弱，那么下述结论中正确的是若光的频率不变而强度减弱，那么下述结论中正确的是A光的强度减弱到某一数值时，就没有电子逸出光的强度减弱到某一数值时，就没有电子逸出B逸出的电子数一定减少逸出的电子数一定减少C逸出的电子数有可能增加逸出的电子数有可能增加D逸出的电子数有可能不变逸出的电子数有可能不变B7、下列关于光电效应的说法正确的是（、下列关于光电效应的说法正确的是（）A光电子的动能随
27、照射光频率的增大而增大光电子的动能随照射光频率的增大而增大B光电子的初速度与照射光的频率成正比光电子的初速度与照射光的频率成正比C光电子的最大初动能与照射光的频率成正比光电子的最大初动能与照射光的频率成正比D光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大8、用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电子从阴极、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改用红光照射改用红光照射B增大绿光的强度增大绿光的强度C增大光电管上的加速电压增大光电管上的加速电压D改用紫光照射改用紫光照射DD9、已知某单色光
28、的波长为、已知某单色光的波长为，在真空中的传播速度为，在真空中的传播速度为c，普朗，普朗克常量为克常量为h，则该电磁波辐射的能量子的值为，则该电磁波辐射的能量子的值为()Ahc/Bh/cCh/Dhc10、某激光器能发射波长为、某激光器能发射波长为的激光，发射功率为的激光，发射功率为P，真空中，真空中光速为光速为c，普朗克常量为，普朗克常量为h，则该激光器每秒发射的光量子数，则该激光器每秒发射的光量子数为为()A.P/hcB.hP/cC.cP/hD.hP/cAA11、三种不同的入射光线甲、乙、丙分别照射在三种不同的、三种不同的入射光线甲、乙、丙分别照射在三种不同的金属金属a、b、c上，均恰能使金
29、属中逸出光电子。已知三种光线上，均恰能使金属中逸出光电子。已知三种光线的波长的波长甲甲乙乙丙丙，则：，则：A、用三种入射光照射金属、用三种入射光照射金属a ，均可发生光电效应，均可发生光电效应B、用三种入射光照射金属、用三种入射光照射金属c，均可发生光电效应，均可发生光电效应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，可能发生光电效应，可能发生光电效应D、用入射光甲照射金属、用入射光甲照射金属b ，可能发生光电效应，可能发生光电效应A 12、用波长为、用波长为的单色光照射某金属逸出光电子的最大初动能的单色光照射某金属逸出光电子的最大初动能为用波长为为用波长为2的单色光照射该金
30、属逸出电子的最大初动能的的单色光照射该金属逸出电子的最大初动能的n倍倍,则能使该金属发生光电效应的最大波长是多少则能使该金属发生光电效应的最大波长是多少?13、波长为、波长为0.17m的紫外线照射至金属筒上能使其发射的紫外线照射至金属筒上能使其发射光电子，光电子在磁感强度为光电子，光电子在磁感强度为B的匀强磁场中，做最大半径的匀强磁场中，做最大半径为为r的匀速圆周运动时，已知的匀速圆周运动时，已知rB=5.610-6Tm，光电子质量，光电子质量m=9.110-31Kg，电量，电量e =1.610-19C，求：，求：(1)每个光电子的最大初动能；每个光电子的最大初动能；(2)金属筒的逸出功金属筒的逸出功(1)4.4110-19J(2)7.310-19J
