1、第二节光电效应与光的量子说一、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(1)任何金属均存在截止频率(极限频率)，只有_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_决定，_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_关系(4)光电效应具有瞬时性，发生时间不超过109 s.3光的波动说无法解释光电效应现象 超过光强光强线性自主学习二、光量子概念的提出、光电效应方程 1光子说：爱因斯坦提出，在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称_ 2光子的能量h，其中指光
2、的_光电效应显示了光的_ 3光电效应方程：_ 4光的量子说能很好地解释光电效应现象 光子频率粒子性hmv2W问题1：人类对光的本性的认识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：微粒说：认为光是一种粒子 代表人物：牛顿 波动说：认为光是一种波 代表人物：惠更斯 光的电磁说：光是电磁波提出者：麦克斯韦 用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电 器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。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小结：光电效应与光电流：物体在光的照射下
3、发射电子的现象叫光电效应，发射出来的电子叫光电子。光电管就是利用光电效应制成的一种光学元件，它的作用是把光信号转变为电信号由于光电效应在电路中形成的电流叫光电流。问题2：光电效应的实验得出了哪些规律？学习活动二 光电效应的实验规律AKGV阳极阴极W 石英窗光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出-光电子。光电子在电场作用下形成光电流。光电效应实验 AKGV阳极阴极将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。当 K、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 Uc 时，光电流恰为0。Uc称遏止电压。221cevmceU遏止电压光 强 较 弱 光电效应伏安特性曲线光
4、电效应实验装置IUcOU遏止电压AKGV阳极阴极光电效应的实验规律Ua光电效应实验装置II sOU光 强 较 强 光 强 较 弱 光电效应伏安特性曲线遏止电压饱和电流光电效应的实验规律AKGV阳极阴极光电效应的规律：光电效应的实验规律：光电效应发生时间非常短暂，几乎不需要时间只有当入射光的频率高于某一 频率v0时才能发生光电效应，把 这一频率v0叫极限频率 单位时间内发射的光电子数目跟入射光的强度成正比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问题3：光电效应的实验规律与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的疑难波动理论对光电效应的解释的困难：波动理论
5、光电效应实验结果 困难1 光能由振幅决定，与光频率无关，只要光强足够大（不论入射光的频率多），总可以使电子获得足够的能量从而发生光电效应 如果 0，无论光强有多大，都不能发生光电效应，光能应由光频率来决定 困难2 光强越大，电子可获得更多能量，光电子的最大初动能也应该越大，遏止电压也应越大。即出射电子的最大初动能应该由光强来决定 光电子的最大初动能、遏止电压都与光强无关，而与频率有关 困难3 光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量积累的时间就长 当入射光照射到光电管阴极时，无论光强怎样，几乎瞬间就产生了光电子 问题4：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，其内容是什么？
6、是如何解释的？学习活动四：爱因斯坦的光量子假设量子假说光子：普朗克的量子假说：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，这称为量子化现象。爱因斯坦的光子假说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子，光子的能量E 跟光的频率成正比。光子的能量Eh其中h是一个常量，叫普朗克常量：h=6.631034J.s光电方程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子的最大初动能与逸出功之和：即：或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脱原子核的引力而逸出成为光电子所需做的功叫逸出功WhEkm WEhkm 0h
7、W 3.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 4.从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极极限频率：爱因斯坦对光电效应的解释：1.光强大，光子数多，释放的光电子也 多，所以光电流也大。2.电子只要吸收一个光子就可以从金属 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。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
8、“光量子”理论的正确。爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖 密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖。金属铯钠锌银铂波长（m）0.660 00.500 00.372 00.260 00.196 2频率（Hz）4.54510146.000 10148.065 10141.153 10141.529 1014部分金属的极限频率和波长几种金属的逸出功铯 钙 镁 铍 钛 逸出功W/eV1.92.73.73.94.1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。光电效应在近代
9、技术中的应用 1.光控继电器 K1K2K3K4K5KA可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105108 倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。2.光电倍增管 应用 光电管光电源电流计IAK例1.(2011年高考广东理综卷)光电效应实验中，下列表述正确的是()A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 C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 问题分析解析：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，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A、B错误，D正确由eU0Ek，EkhW，
10、可知U(hW)/e，即遏止电压与入射光频率有关【答案】CD 变式训练1 下列光子说解释光电效应规律的说法中，正确的有()A存在极限频率是因为各种金属都有一定的逸出功 B光的频率越高，电子得到光子的能量越大，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，光电子数越多，光电流越大 解析：选ABD.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，所以存在极限频率，A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属的最大初动能越大，B选项正确；电子吸收光子的能量后不一定逸出，也不一
11、定成为光电子，C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，逸出的光电子也就越多，光电流也就越大，D选项正确 例2.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Ek与入射光的频率的关系如图所示，由实验图线可求出()A该金属的极限频率和极限波长 B普朗克常量 C该金属的逸出功 D单位时间内逸出的光电子数 【思路点拨】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、截距等的物理意义，进而分析判断【解答】依据光电效应方程EkhW可知，当Ek0时，0，即图像中横
12、坐标的截距在数值上等于金属的极限频率图线的斜率ktan.可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量据图像，假设图线的延长线与Ek轴的交点为C，其截距为W，有tanW/0.而tanh，所以Wh0.即图像中纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功【答案】ABC Ek0变式训练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，可得到光电子的最大初动能Ek随入射光频率变化的Ek图像已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二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图像是()解析：选A.根据光电效应方程EkhW可知Ek图像的斜率为普朗克常
13、量h，因此图中两线应平行，C、D错；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子动能为零)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A对，B错 1、_的现象称为光电效应，发射出 来的电子叫_。物体在光的照射下发射电子光电子针对训练2、光电管的作用是把 _ 信号转变为_信号。由 于光电管发生光电效应而在电路中形成的电流叫_。光电光电流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()A锌板带正电，指针带负电B锌板带正电，指针带正电C锌
14、板带负电，指针带正电D锌板带负电，指针带负电B5、已知铯的极限频率为4.5451014Hz，钠为6.01014Hz，银为1.1531015Hz，铂为1.5291015Hz，当用波长为375nm的光照射它们时，可发生光电效应的是_。（光速c=3.0108m/s，光速与波长、频率的关系：c=f）铯和钠4、若用绿光照射某种金属板不能发生光电效应，则下列哪一种方法可能使该金属发生光电效应（）A.增大入射光的强度B.增加光的照射时间C.改用黄光照射D.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，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
15、逸出B逸出的电子数一定减少C逸出的电子数有可能增加D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（）A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C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，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大应（）A改用红光照射B增大绿光的强度C增大光电管上的加速电压D改用紫光照射DD9、已知某单色光的波长为，在真空中的传播速度为c，普朗克常量为h，则该电磁波辐射的能量子的值为()Ahc/Bh/c Ch/Dhc10、某激光器能发射波长为的激光，发射功率为P
16、，真空中光速为c，普朗克常量为h，则该激光器每秒发射的光量子数为()A.P/hc B.hP/c C.cP/h D.hP/c AA11、三种不同的入射光线甲、乙、丙分别照射在三种不同的金属a、b、c上，均恰能使金属中逸出光电子。已知三种光线的波长甲乙丙，则：A、用三种入射光照射金属a，均可发生光电效应B、用三种入射光照射金属c，均可发生光电效应C、用入射光甲和乙同时照射金属c，可能发生光电效应D、用入射光甲照射金属b，可能发生光电效应A12、用波长为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2的单色光照射该金属逸出电子的最大初动能的n倍,则能使该金属发生光电效应的最大波长是多少?13、波长为0.17m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B的匀强磁场中，做最大半径为r的匀速圆周运动时，已知 rB=5.610-6Tm，光电子质量m=9.110-31Kg，电量e=1.610-19C，求：(1)每个光电子的最大初动能；(2)金属筒的逸出功(1)4.4110-19J (2)7.310-19J
