高中物理 17.2《光的粒子性》（第1课时）课件 新人教版选修3-5.ppt

第十七章 波粒二象性 第2节 光的粒子性 1 通过实验了解光电效应的实验规律 2 知道爱因斯坦光电效应方程以及意义 3 了解康普顿效应 了解光子的动量 首先提出光是什么 让学生进行发散讨论 引入新课内容光的粒子性 通过光电效应实验 得出光电效应的概念 接着通过视频 观察光电效应实验的规律 和学生共同总结出光电效应实验的三条规律 又通过 无法用经典的波动理论来解释光电效应 提出三个结论都与实验结果相矛盾的问题 引出爱因斯坦的光电效应方程 最后通过光电效应理论的验证的介绍 验证了爱因斯坦的光电效应方程理论的正确性 并且补充了光电效应在近代技术中的应用 在光电效应的实验中 利用视频演示了锌板在紫外光和白炽灯照射下发生的现象 使学生产生了浓厚的学习兴趣 并通过展示原理图 让学生了解光电效应实验的原理和规律 在介绍爱因斯坦的光电效应方程理论的时候 可以结合学生以往对功能关系的学习 进而得出矛盾的观点 引出光电效应理论的验证 并通过光控继电器和光电倍增管的例子 说明光电效应在近代技术中的应用 使学生能结合生活生产活动 联系物理的理论学习 太阳能是比较环保又很经济的能源 利用太阳能电板可以将太阳光转化成电能储存起来 充当电源 那么光是什么呢 那么本节课我们就一起来学习 把一块锌板连接在验电器上 用紫外线照射锌板 观察验电器指针的变化 光电效应 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 表明锌板在射线照射下失去电子而带正电 定义 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 一 光电效应现象 1887年 赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现 接收电路的间隙如果受到光照就更容易产生电火花 这就是最早的光电效应 后来经过汤姆逊等多名科学家的实验研究 证实了这个现象 即照射到金属表面的光 能使金属中的电子从表面逸出 这个现象就叫光电效应 光电效应规律 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 v 加反向电压 如图所示 光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反 光电子做减速运动 若 U 0时 I 0 因为电子有初速度 则I 0 式中Uc为遏止电压 2 存在遏止电压和截止频率 遏止电压Uc 使光电流减小到零的反向电压 U K A 速率最大的是vc 最大初动能 光电效应伏安特性曲线 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 改变时 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 截止频率 对于每种金属 都有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 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 勒纳德等人通过实验得出以下结论 1 对于任何一种金属 都有一个极限频率 入射光的频率必须大于这个极限频率 才能发生光电效应 低于这个频率就不能发生光电效应 4 入射光照到金属上时 光电子的发射几乎是瞬时的 一般不超过10 9秒 3 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 只随着入射光的频率增大而增大 2 当入射光的频率大于极限频率时 入射光越强 饱和电流越大 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 三 光电效应解释中的疑难 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 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 按照光的电磁理论 可以得到以下结论 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 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 1 内容 光不仅在发射和吸收时以能量为h 的微粒形式出现 而且在空间传播时也是如此 也就是说 频率为 的光是由大量能量为 h 的光子组成的粒子流组成的 这些光子沿光的传播方向以光速c运动 在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量 一部分消耗在电子逸出功W0 另一部分变为光电子逸出后的动能Ek 由能量守恒可得出 2 爱因斯坦光电效应方程 四 爱因斯坦的光量子假设 W0为电子逸出金属表面所需做的功 称为逸出功 为光电子的最大初动能 3 光子说对光电效应的解释 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 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h W0时 才有光电子逸出 vc W0 h就是光电效应的截止频率 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 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 可以用于自动控制 自动计数 自动报警 自动跟踪等 五 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 1 光电效应现象 2 光电效应实验规律 4 爱因斯坦的光电效应方程 3 光电效应解释中的疑难 5 光电效应在近代技术中的应用 B 2 一束黄光照射某金属表面时 不能产生光电效应 则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是 A 延长光照时间B 增大光束的强度C 换用红光照射D 换用紫光照射 D 3 根据图所示研究光电效应的电路 利用能够产生光电效应的两种 或多种 已知频率的光来进行实验 怎样测出普朗克常量 根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量 写出根据本实验计算普朗克常量的关系式 解 当入射光频率分别为 1 2时 测出遏止电压U1 U2 由爱因斯坦光电效应方程可得 联立上两式 解得 其中e为电子的电量 测出U1与U2就可测出普朗克常量 实验步骤 2 用频率为 2的光照射 重复 1 的操作 记下伏特表的示数U2 4 多次测量取平均值 3 应用计算h