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第二章 波粒二象性,第一节 光电效应,1,第二章 波粒二象性,学习目标： 1、了解光电效应的规律及光电管的工作原理； 2、知道并理解极限频率、遏制电压的概念； 3、理解光电效应与光的电磁理论的矛盾。,第一节 光电效应,2,光的电磁说,19世纪末，麦克斯韦的电磁理论完美地解释了光的波动现象，光的电磁说得到了广泛的认同。 但赫兹在通过实验证实了电磁理论的同时，也发现了一个用电磁理论无法解释的现象光电效应。,3,光电效应,1、在光（包括不可见光）的照射下，使物体发射出电子的现象叫做光电效应。 2、发射出来的电子叫做光电子。,光电效应,4,光电管,1.光电管就是利用光电效应把光信号转变成电信号的一种传感器。,2.阴极发出的光电子被阳极收集，在回路中会形成电流，称为光电流。,5,光电管,3.光电管的工作原理:为了把光电子尽可能多地收集到阳极，以增强光电流，通常还在光电管两极加上正向电压，如图所示，光电流在电阻的两端产生电压Uab，随着交的强弱变化而变化。这样，光电管就把光信号变成了电信号。,6,光电管的应用,（1）开关功能：自动化控制 （2）光电转换：通信领域 （3）能量转换：太阳能电池,7,探究光电效应的规律,探究一、探究光电流的大小 探究二、探究光电子动能的大小,8,探究光电流的大小,光电流的产生是光照射的结果，那么，光电流的大小跟入射光的哪些因素有关呢？ 猜想：与入射光的强度和频率可能有关 实验原理和装置： 实验步骤：（控制变量法） 记录数据：,9,1、当入射光的频率较低时，无论光多么强，照射时间多长，光电管都不会发射光电子，不能产生光电流。 2、当入射光的频率较高时，才会产生光电流，这个频率称为极限频率，其对应的波长称为极限波长。 3、当入射光的频率大于极限频率时，光电流强度与入射光的强度有关。,实验结论,10,从光电管阴极射出的光电子具有一定的动能。为了测量光电子的动能，可以在光电管的两个电极上加上反向电压，用于阻止光电子到达阳极。,你认为在强度和频率一定的光照射下，反向电压增大，回路中的光电流会怎样变化？,回路中的光电流会随着反向电压的增加而减小，当反向电压达到一定数值时，光电流将会减小到零，我们把这时的电压称为遏止电压。,探究光电子的动能大小,11,遏止电压,光电子克服反向电场力所做的功为：W=eU； 如果光电子到达阳极的速度刚好为零，根据能量守恒定律，光电子出射时的最大初始动能为：,可见，光电子的最大初始动能可以通过测量遏止电压来确定。,12,猜想:遏止电压(光电子最大初动能)与什么因素有关？,采用实验探究的方法，控制变量法 先保持光的频率不变，逐渐增大电压，直至光电流为零，记录遏止电压的值。改变入射光的强度，记录遏止电压的值。 然后，维持光源的强度不变，改变入射光的频率，记录遏止电压的值。,探究光电子的最大初动能大小,光强及频率,13,遏止电压与入射光的强度无关。 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。,实验结论,14,讨论与交流,随着反向电压逐渐增大，光电流是逐渐减小还是突然减小？,逐渐减小。,由此是否可以推测出射光电子的动能不一样？,遏止电压对应的是所有光电子的动能吗？,不一样。光电效应中从金属出来的光电子，它们的初速度会有差异，初动能会有差异，其中最大者叫最大初动能。,不是，遏止电压对应的光电子最大初动能。,15,光电效应的4条基本规律,1.产生光电效应的条件： 任何一种金属，都存在极限频率0，只有当入射光频率0时，才能发生光电效应. 2.光电子的最大初动能： 光电子的最大初动能Ekm与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大 . 3.光电效应的发生时间：几乎是瞬时发生的 4.光电流强度的决定因素：当入射光频率0时，光电流随入射光强度的增大而增大.,16,看表格思考下列问题： （1）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应? （2）表中哪种金属最易发生光电效应? （3）为什么各种金属的极限频率不同?,17,为什么说光的波动理论无法解释光电效应的规律？ 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的能量的： （1）能量是连续的； （2）振幅（光强）越大，光能越大，光的能量与频率无关,电磁理论遇到困难,18,光电效应与光的电磁理论的矛盾,矛盾一：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强度足够大，就可以产生光电效应。 而实验结果表明：只有入射光的频率v大于该金属的极限频率v0时，才能发生光电效应。,19,光电效应与光的电磁理论的矛盾,矛盾二：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射光的强度无关，只取决于射光的频率.,20,光电效应与光的电磁理论的矛盾,矛盾三：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 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。 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。,21,
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