光电效应_什么是光电效应

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17．2 光的粒子性（第一课时）

——光电效应

【三维目标】

（一）知识与技能

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．会用光电效应规律解决简单的问题。

（二）过程与方法

经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律，达到学以致用。

（三）情感、态度与价值观

回顾先辈探索物理知识的必由之路，领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

【教学重点】光电效应的实验规律

【教学难点】爱因斯坦光电效应方程以及意义 【第一课时】 【教学过程】

第一课时

光电效应

（一）引入新课

提问：1.抬头看教室内工作的日光灯，你为什么能看到日光灯？

2.光到底是什么？

回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？（多媒体投影，见课件。）教师讲述: 光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。

（二）进行新课 一．光电效应

教师：实验演示。（课件辅助讲述）

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。

学生：认真观察实验。

教师提问：上述实验说明了什么？ 学生：表明锌板在射线照射下带电。

教师：用丝绸摩擦过的玻璃棒靠近锌板，金属箔片张角变大，说明了什么？ 学生：锌板带正电。

概念：1.光电效应：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。

2.光电子：发射出来的电子叫做光电子。3.光电流：光电效应现象中形成的电流叫光电流。

课堂练习：

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

二．光电效应的实验规律（1）光电效应实验

如图所示，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。（2）光电效应实验规律

1、存在饱和电流

（1）当A接正极，K接负极时，控制入射光的强度一定，使UAK从0开始增大，观察到电流表的示数一开始增大，到某一数值后就不再增大。这个最大电流就叫做饱和电流。

（2）对存在饱和电流的解释：

K板逸出的电子向各个方向运动，如果不加电压，很多电子无法到达A板，无法形成较大电流。加上电压后，越来越多的电子到达A板，电流越来越大。但是，如果所有电子都达到了A板，继续增大电压，就无法再增大电流。

2、存在遏止电压Uc（反向截止电压）

（1）当A接负极，K接正极时，控制入射光的强度一定，使UKA从0开始增大，观察到电流表的示数逐渐减小到0。电流刚减小到0时对应的UKA叫做遏止电压Uc。

(2)对存在遏止电压的解释：

加上反向电压后，电子受到的电场力方向与运动方向相反，电子减速。如果反向电压足够大，电子将无法达到A板。临界的电压值即为遏止电压Uc。

12mevceU2c

（3）师生进一步研究：

实验测得的光电效应曲线I黄光（强）饱和电流Is遏止电压蓝光黄光（弱）Uc1Uc2OU3、存在截止频率νc

当入射光的频率减小到某一数值νc时，无论光的强度多大，加上怎样的电压，都不会有光电流。这个临界频率叫做截止频率νc。

4、光电效应的瞬时性

当入射光的频率超过截止频率时，无论光如何微弱，几乎在瞬间就会产生光电流。时间间隔不超过10-9s。

三．光电效应解释中的疑难

经典理论无法解释光电效应的实验结果。经典理论认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。

光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。

为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。四．爱因斯坦的光量子假设（1）内容：

光不仅在发射和吸收时以能量为hν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ν 的光是由大量能量为 E =hν的光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。

（2）爱因斯坦光电效应方程: 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

hEkW0分变为光电子逸出后的动能 Ek。由能量守恒可得出：

W0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功Wk为光电子的最大初动能。（3）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。

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，可得极限频率：cW0 h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。

课堂练习2：

思考1：同种频率的光射到同种金属上，增强入射光时，饱和电流、遏止电压分别如何变化？

答案：饱和电流增大，遏止电压不变。

思考2：相同强度（单位时间内的能量）的单色光射到同种金属上，增加入射光的频率时，饱和电流、遏止电压分别如何变化？

答案：饱和电流减小，遏止电压增大。课堂练习3：

关于光子说的基本内容有以下几点，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 课堂小结：

作业：1.遏止电压-入射光频率：Uc-ν图像

小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10

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J·s.(1)图甲中电极A为光电管的________(填“阴极”或“阳极”)；

(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J；

(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝____J.思考（1）：截距和斜率的物理意义分别是什么？

（2）：如果将两种不同金属的Uc-ν曲线画在同一张图像中，会是怎样的？ 2．课后阅读：（教材34页）

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年证实了爱因斯坦光电效应方程，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。展示演示文稿资料：爱因斯坦和密立根

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。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。

光电效应告诉人们：光具有粒子性。（第二课时继续）

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