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1、物理：物理：2.1光光电效效应课件件(粤教版粤教版选修修3-5)第二章第二章 波粒二象性波粒二象性uu学习目标：学习目标：uu1、了解光电效应的规律及光电管的工作原理；、了解光电效应的规律及光电管的工作原理；uu2、知道并理解极限频率、遏制电压的概念；、知道并理解极限频率、遏制电压的概念；uu3、理解光电效应与光的电磁理论的矛盾。、理解光电效应与光的电磁理论的矛盾。第一节第一节 光电效应光电效应光的电磁说光的电磁说uu19世世纪纪末末，麦麦克克斯斯韦韦的的电电磁磁理理论论完完美美地地解解释释了了光光的的波波动动现现象象，光光的的电电磁说得到了广泛的认同。磁说得到了广泛的认同。uu但但赫赫兹兹在
2、在通通过过实实验验证证实实了了电电磁磁理理论论的的同同时时，也也发发现现了了一一个个用用电电磁磁理理论论无法解释的现象光电效应。无法解释的现象光电效应。光电效应光电效应uu1、在在光光（包包括括不不可可见见光光）的的照照射射下下，使使物物体体发发射射出出电电子子的的现现象象叫叫做做光电效应光电效应。uu2、发射出来的电子叫做、发射出来的电子叫做光电子光电子。光电效应光电效应光电管光电管uu1.光光电电管管就就是是利利用用光光电电效效应应把把光光信信号号转转变变成电信号的一种传感器。成电信号的一种传感器。uu2.阴阴极极发发出出的的光光电电子子被被阳阳极极收收集集，在在回回路路中中会形成电流，称
3、为会形成电流，称为光电流光电流。光电管光电管uu3.光光电电管管的的工工作作原原理理:为为了了把把光光电电子子尽尽可可能能多多地地收收集集到到阳阳极极，以以增增强强光光电电流流，通通常常还还在在光光电电管管两两极极加加上上正正向向电电压压，如如图图所所示示，光光电电流流在在电电阻阻的的两两端端产产生生电电压压Uab，随随着着交交的的强强弱弱变变化化而而变变化化。这这样样，光光电电管管就就把把光光信信号号变变成成了了电信号。电信号。光电管的应用光电管的应用（1）开关功能：自动化控制）开关功能：自动化控制（2）光电转换：通信领域）光电转换：通信领域（3）能量转换：太阳能电池）能量转换：太阳能电池探
4、究光电效应的规律探究光电效应的规律uu探究一、探究光电流的大小探究一、探究光电流的大小uu探究二、探究光电子动能的大小探究二、探究光电子动能的大小探究光电流的大小探究光电流的大小uu光光电电流流的的产产生生是是光光照照射射的的结结果果，那那么么，光光电流的大小跟入射光的哪些因素有关呢？电流的大小跟入射光的哪些因素有关呢？uu猜想：与入射光的强度和频率可能有关猜想：与入射光的强度和频率可能有关uu实验原理和装置：实验原理和装置：uu实验步骤：实验步骤：（控制变量法）（控制变量法）uu记录数据：记录数据：uu1、当当入入射射光光的的频频率率较较低低时时，无无论论光光多多么么强强，照照射射时时间间多
5、多长长，光光电电管管都都不不会会发发射射光光电电子子，不不能产生光电流。能产生光电流。uu2、当当入入射射光光的的频频率率较较高高时时，才才会会产产生生光光电电流流，这这个个频频率率称称为为极极限限频频率率，其其对对应应的的波波长长称称为为极极限波长限波长。uu3、当当入入射射光光的的频频率率大大于于极极限限频频率率时时，光光电电流流强度与入射光的强度有关。强度与入射光的强度有关。实验结论实验结论uu从从光光电电管管阴阴极极射射出出的的光光电电子子具具有有一一定定的的动动能能。为为了了测测量量光光电电子子的的动动能能，可可以以在在光光电电管管的的两两个个电电极极上上加加上上反反向向电电压压，用
6、用于于阻阻止止光光电电子到达阳极。子到达阳极。uu你你认认为为在在强强度度和和频频率率一一定定的的光光照照射射下下，反反向向电电压压增增大大，回回路路中中的的光光电流会怎样变化？电流会怎样变化？uu回回路路中中的的光光电电流流会会随随着着反反向向电电压压的的增增加加而而减减小小，当当反反向向电电压压达达到到一一定定数数值值时时，光光电电流流将将会会减减小小到零，我们把这时的电压称为到零，我们把这时的电压称为遏止电压遏止电压。探究光电子的动能大小探究光电子的动能大小遏止电压遏止电压uu光电子克服反向电场力所做的功为：光电子克服反向电场力所做的功为：W=eU；uu如如果果光光电电子子到到达达阳阳极
7、极的的速速度度刚刚好好为为零零，根根据据能能量量守恒定律，光电子出射时的最大初始动能为：守恒定律，光电子出射时的最大初始动能为：uu可可见见，光光电电子子的的最最大大初初始始动动能能可可以以通通过过测测量量遏止电压遏止电压来确定。来确定。uu猜猜想想:遏遏止止电电压压(光光电电子子最最大大初初动动能能)与与什什么因素有关？么因素有关？uu采用实验探究的方法，控制变量法采用实验探究的方法，控制变量法uu先先保保持持光光的的频频率率不不变变，逐逐渐渐增增大大电电压压，直直至至光光电电流流为为零零，记记录录遏遏止止电电压压的的值值。改改变变入入射射光的强度，记录遏止电压的值。光的强度，记录遏止电压的
8、值。uu然然后后，维维持持光光源源的的强强度度不不变变，改改变变入入射射光光的的频率，记录遏止电压的值。频率，记录遏止电压的值。探究光电子的最大初动能大小探究光电子的最大初动能大小光强及频率光强及频率uu遏止电压与入射光的强度无关。遏止电压与入射光的强度无关。uu入射光的频率越大，遏止电压越大，即光入射光的频率越大，遏止电压越大，即光电子的最大初动能越大。电子的最大初动能越大。实验结论实验结论讨论与交流讨论与交流uu随随着着反反向向电电压压逐逐渐渐增增大大，光光电电流流是是逐逐渐渐减减小还是突然减小？小还是突然减小？uu逐渐减小。逐渐减小。uu由此是否可以推测出射光电子的动能不一样？由此是否可
9、以推测出射光电子的动能不一样？uu遏止电压对应的是所有光电子的动能吗？遏止电压对应的是所有光电子的动能吗？uu不不一一样样。光光电电效效应应中中从从金金属属出出来来的的光光电电子子，它它们们的的初初速速度度会会有有差差异异，初初动动能能会会有差异，其中最大者叫最大初动能。有差异，其中最大者叫最大初动能。uu不是，遏止电压对应的光电子最大初动能。不是，遏止电压对应的光电子最大初动能。光电效应的光电效应的4条基本规律条基本规律uu1.产生光电效应的条件：产生光电效应的条件：任何一种金属，都存在任何一种金属，都存在极限频率极限频率0，只有当入，只有当入射光频率射光频率0时，才能发生光电效应时，才能发
10、生光电效应.uu2.光电子的最大初动能：光电子的最大初动能：光电子的光电子的最大初动能最大初动能Ekm与入射光强度无关，与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大只随入射光频率的增大而增大 .uu3.光电效应的发生时间：光电效应的发生时间：几乎是瞬时发生的几乎是瞬时发生的 uu4.光电流强度的决定因素：光电流强度的决定因素：当入射光频率当入射光频率0时，光电流随入射光强度的增大而增大时，光电流随入射光强度的增大而增大.uu看表格思考下列问题：看表格思考下列问题：uu（1）某光恰能使锌发生光电效应，）某光恰能使锌发生光电效应，那么能使表格内哪些金属发生光电效那么能使表格内哪些金属发生光电效应应
11、?uu（2）表中哪种金属最易发生光电效）表中哪种金属最易发生光电效应应?uu（3）为什么各种金属的极限频率不）为什么各种金属的极限频率不同同? uu为什么说光的波动理论无法解释光电为什么说光的波动理论无法解释光电效应的规律？效应的规律？uu从光电效应的发生过程来看，电子吸从光电效应的发生过程来看，电子吸收入射光能量后才能挣脱原子核的束收入射光能量后才能挣脱原子核的束缚，所以我们应从能量的角度来分析缚，所以我们应从能量的角度来分析光效应光的波动理论是这样描述光光效应光的波动理论是这样描述光的能量的：的能量的：uu（1）能量是连续的；）能量是连续的；uu（2）振幅（光强）越大，光能越大，）振幅（光
12、强）越大，光能越大，光的能量与频率无关光的能量与频率无关 电磁理论遇到困难电磁理论遇到困难光电效应与光的电磁理论的矛盾光电效应与光的电磁理论的矛盾uu矛盾一：矛盾一：按照光的波动理论，不论光的频按照光的波动理论，不论光的频率如何，只要照射时间足够长或入射光的率如何，只要照射时间足够长或入射光的强度足够大，就可以产生光电效应。强度足够大，就可以产生光电效应。uu而实验结果表明：只有入射光的频率而实验结果表明：只有入射光的频率v v大大于该金属的极限频率于该金属的极限频率v v0 0时，才能发生光电时，才能发生光电效应。效应。光电效应与光的电磁理论的矛盾光电效应与光的电磁理论的矛盾矛盾二：矛盾二：
13、根据能量的观点，电子要从物体中根据能量的观点，电子要从物体中飞出，必须具有一定的能量，而这一能量只能飞出，必须具有一定的能量，而这一能量只能来源于入射光的能量。来源于入射光的能量。而实验结果表明：逸出的光电子的能量与入而实验结果表明：逸出的光电子的能量与入射光的强度无关，只取决于射光的频率射光的强度无关，只取决于射光的频率.光电效应与光的电磁理论的矛盾光电效应与光的电磁理论的矛盾矛盾三：矛盾三：从波动理论可知，当一束很细的光照从波动理论可知，当一束很细的光照射到物体上时，它的能量将均匀分布到大量的射到物体上时，它的能量将均匀分布到大量的原子上，电子不可能在极短的时间内聚集足够原子上，电子不可能在极短的时间内聚集足够的能量从物体中飞出。的能量从物体中飞出。光电效应的实验却表明：光电效应的实验却表明：入射光的照射和光电子的逸出几乎是同时的。入射光的照射和光电子的逸出几乎是同时的。汇报结束谢谢大家!请各位批评指正
