《光的粒子性》课件(新人教版选修3-5)

第1课时光电效应光子17.2科学的转折：光的粒子性问题：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？光的本性1672牛顿微粒说T/年惠更斯波动说1690麦克斯韦电磁说18641905爱因斯坦光子说波动性粒子性1801托马斯·杨双缝干涉实验1814菲涅耳衍射实验赫兹电磁波实验1888赫兹发现光电效应牛顿微粒说占主导地位波动说渐成真理……….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.光电效应的实验规律实验装置观察实验发现以下规律：●存在着饱和电流△实验表明：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多；△入射光越强，饱和光电流越大。把电源正负极反接△同一频率光照射，不管光强如何，遏止电压都相同。△光照频率越高，遏止电压越高。●存在着遏止电压和截止频率△光电子的能量只与入射光的频率有关。入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。●光电效应具有瞬时性△当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流。△精确测量表明产生电流的时间不超过10－9秒，即光电效应几乎是瞬时的。二.光电效应解释中的疑难按照光的电磁理论，应得出以下结论：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；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。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。1.光子说(爱因斯坦于1905年提出)在空间传播的光不是连续的而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比。即:E＝hν，ν表示光的频率，h叫普朗克常量，h＝6.63×10-34焦耳．秒三.爱因斯坦的光电效应方程2.光电效应方程①逸出功：金属表面上的电子逸出时要克服金属原子核的引力所做功的最小值。不同金属,其逸出功不同。有：W0=hν0②光电效应方程：Ek＝hν－W0三.爱因斯坦的光电效应方程3.爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释Ek＝hν－W0ν0EKν－W00●解释截止频率●解释饱和光电流●解释瞬时性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。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。三.爱因斯坦的光电效应方程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年诺贝尔物理学奖例题：由密立根实验(Uc和v的关系)计算普朗克常量很难测Ek，怎样改成Uc与v、W0关系？提示：Ek=eUc由图象求参数的方法：电源电动势和内阻（直接求参数）用单摆测重力加速度（用图象求平均值）利用光电效应中光电流与入射光强成正比的特性,可以制造光电转换器——实现光信号与电信号之间的相互转换。这些光电转换器如光电管(photoelement)等，广泛应用于光功率测量、光信号记录、电影、电视和自动控制等诸多方面。四.光电效应在近代技术中的应用光电倍增管(photomultiplier)是把光信号变为电信号的常用器件。当光照射到阴极k使它发射光电子，这光电子在电压作用下加速轰击第一阴极k1，使之又发射次级光电子，这些次级光电子再被加速轰击第二阴极k2,......如此继续下去，利用10～15个次阴极，可将光电流放大几百万倍。即一束微弱的入射光，将转变成放大了的光电流，可以通过电流计显示出来。反馈练习：1、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．锌板带负电，指针带正电D．锌板带负电，指针带负电B2、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D3、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λ甲λ乙λ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A4、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D小结1.光电效应现象3.爱因斯坦光电效应方程及其对实验结论的解释Ek＝hν－W0●解释截止频率●解释饱和光电流●解释瞬时性●入射光越强，单位时间中发射的光电子越多●光电子的能量只与入射光的频率有关。入射光的频率低于截止频率（极限频率）时不能发生光电效应。2.光电效应规律●光电效应具有瞬时性