1、4.2光电效应与光的量子说,把擦得很亮的锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，发现验电器指针发生了偏转。 说明什么现象？,实验演示,表明锌板在射线照射下失去电子而带正电,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。,一.光电效应现象,1、什么是光电效应现象？ 2、什么是光电子？ 3、什么是光电流？ 4、什么是光电子最大初动能？,光电子从阴极K向阳极A运动，形成的电流叫光电流。,金属表面原子的最外层电子从金属中逸出的初动能叫最大初动能。,二.光电效应的实验规律,1、存在截止频率,对于给定的光电阴极材料，都存在一个发生光电效应所需的入射光的最小频率0，叫做
2、光电效应的截止频率。,只有超过截止频率的光，才能引起光电效应。不同金属材料的截止频率不同。,当入射光频率低于截止频率时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。即不能发生光电效应。,2、光电流,当入射光的频率高于截止频率、光电流出现时，光电流的大小由光强决定，光强越大，光电流越大。,光照不变，增大UAK，A表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。,入射光越强，光电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。,3、光电子的最大初动能,从阴极出发的光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系。,存在遏止电压UC：,使光电流减小到零的反向电压,U=0时，I0，因为电子逸出金属表面有初速度,加反向电压，如左图所
3、示：,光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运动。,根据动能定理有：,由于电子受到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。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。,最大初动能=电子吸收的能量-逸出功,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。,光电子的能量只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。,存在遏止电压UC：,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
4、经过的时间不超过109 秒（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。,4、光电效应具有瞬时性,三.光电效应解释中的疑难,2 .经典理论的疑难,光越强，光电子的初动能应该越大，实验表明光电子的最大初动能只与光的频率有关。,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。,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109s。,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、经典电磁理论：1、光的能量是连续的2、光强越大，光的能量越大。,光本身就是由一个个不可分割的能量子
5、组成的，频率为的光的能量子为h。这些能量子后来被称为光子。,爱因斯坦的光子说,爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：,四.爱因斯坦的光量子假设,1.光子：,2.爱因斯坦的光电效应方程,1.光子：,或,光电子最大初动能,金属的逸出功,W0,一个电子吸收一个光子的能量h后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：,四.爱因斯坦的光量子假设,3.光子说对光电效应的解释,爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与入射光的频率C成线性关系，与光强无关。只有当hW0时，才有光电子逸出， 就是光电效应的截止频率。,电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，
6、光电流自然几乎是瞬时发生的。,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。,四.爱因斯坦的光量子假设,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。,四.爱因斯坦的光量子假设,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
7、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,思考与讨论,？,1.光的散射,光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射,2.康普顿效应,1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长 和散射物质都无关。,五.康普顿效应,康普顿正在测晶体对X 射线的散射,五.康普顿效应,3.康普顿散射的实验装置与规律：,晶体,光阑,探 测 器,0,散射波长,五.康普顿效应,1.经典电磁理论在解释康普
8、顿效应时遇到的困难,六.康普顿效应解释中的疑难,根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。,2.光子理论对康普顿效应的解释,1.有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；,2.首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；,3.证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。,康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。,七.康普顿散射实验的意义,19251926年，吴有训测试了多种物质对X射线的散射，证实了康普顿效应的普遍性。,4.吴有训对研究康普顿效应的贡献,1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作.
9、,对证实康普顿效应作出了 重要贡献。,七.康普顿散射实验的意义,八.光子的动量,动量能量是描述粒子的, 频率和波长则是用来描述波的,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，验电器的指针就张开一个角度，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,B,练习,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,练习,3.关于光子说的基本内容有以
10、下几点，不正确的是( ) A.在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子 B.光是具有质量、能量和体积的物质微粒子 C.光子的能量跟它的频率成正比 D.光子客观并不存在，而是人为假设的,练习,B,4. 能引起人的视觉感应的最小能量为10-18J，已知可见光的平均波长约为0.6m，则进入人眼的光子数至少为 个，恰能引起人眼的感觉.,练习,3,5.关于光电效应下述说法中正确的是( ) A.光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大 B.只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应 C.在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关 D.任何一种金属都有一个极限频
11、率，低于这个频率的光不能发生光电效应,练习,D,二.光电效应的实验规律,（1）存在饱和电流,光照不变，增大UAK，A表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。,在光照条件一定时，单位时间内K发射的电子数目是一定的。,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。规律一,使光电流减小到零的反向电压,加反向电压，如右图所示：,光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运动。若,最大的初动能,U=0时，I0，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,a.存在遏止电压UC：,b.存在截止频率,从实验中可以看出，当入射光的频率减小到某一数值C时，即使不施加反向电压也没有光电流，这表明已经没有光电子了。 C称为截止频率或极限频率。,当入射光频率低于截止频率时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。即不能发生光电效应。规律三,(2)存在遏止电压和截止频率,1 .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。,温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。,三.光电效应解释中的疑难,
