光电效应1

nullnull 我们通过3~4的学习，知道了光是电磁波，它能很好地解释光的干涉、衍射等现象，但是，光的电磁说并不能成功地光的所有现象。早在1887年赫兹在做电磁的实验时，就偶然发现了一个后来被称作光电效应的现象，这个现象使光的电磁说遇到了无法克服的困难。 null光电效应null教学目的 知道光电效应的产生条件和规律；了解光子说的建立过程；了解爱因斯坦光电效应方程；对学生进行辩证唯物主义的教育；了解光电效应的重要作用。下面我们先来看一个实验null光电效应现象实验装置如图：用紫外线照射锌片可清楚看到： 灵敏验电器指针张开在光（包括不可见光）的照射下，从 物体发射电子的现象叫 光电效应发射出来的电子叫光电子光电子定向移动形成的电流叫光电流null1.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Bnull1、产生光电效应的条件下面我们来继续探讨 光电效应的基本规律2、光电子的最大初动能3、光电效应的产生时间4、光电流强度的决定null1、产生光电效应的条件科学家曾做过类似于左图 的实验，他们用不同的单色光照射某种金属，看看哪些频率的光照射时能产生光电效应。再用不同的单色光照射别的金属，又看看哪种频率的光照射时产生光电效应。经研究后发现：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产生光电效应，低于这个频 率的光，无论光强怎样大，也不能产生光电效应。null2、光电子的最大初动能 1、概念：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。2、最大初动能的测知和结论。如右图所示：光电子被置于电场中运动，且光电子 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eU=mv2/2因电场对光电子做负功，光电子动能变为0 因此：“eU”就代了光电子的最大初动能。null根据上页所述，我们来看如图所示的实验：不难明白，当图中电流表G 的 读数为0时，伏特表V的读数就 是上页式中的“U”。实验研究发现： 光电子的最大初动能与入射光的 强度无关，只随入射光频率的 增大而增大。null3、光电效应的产生时间为了了解入射光照射金属多长时间才产生 光电效应，我们将图中电源的正负极反接， 并适当调节电路的初始电压，使光电子一 旦发出，电流表指针就偏转。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 过的时间至多为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 null4、光电流强度的决定结论：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成正比。null2.某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述中可能使该金属产生光电效应的是( ) A.延长光照时间 B.增大光的强度 C.换用波长较短的光照射 D.换用频率较低的光照射Cnull3.一束细平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板a、b、c上，如图所示.已知金属板b有光电子逸出，则可知( ) A.板a一定不放出光电子 B.板a一定放出光电子 C.板c一定不放出光电子 D.板c一定放出光电子null【解析】该有考查综合能力的作用.学生要会融汇贯通，首先根据三棱镜对复色光起的色散作用及其规律，即偏折角越大的光的频率越高，其次要知道发生光电效应的条件，即入射光的频率大于极限频率.由题中可分析得，b金属板有光电子放出，则照射到c的光频率更高，c金属板一定有光电子放出，而a金属板是否发生光电效应，不能确定，综上所述，答案为：D.null 按照波动理论，光的能量是由光的强度决定的，而光的强度又是由光波的振幅决定的，跟频率无关。因此无论光的频率如何，只要光的强度足够大或照射时间足够长，都能使电子获得足够的能量产生光电效应。然而这跟实验结果是直接矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。null光子说（1）普朗克的量子说1900年德国物理学家普朗克在研究“电磁场辐射的能量分布”时发现，只有认为电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，每一份的能量等于，理论计算的结果才能跟实验事实完全符合。普朗克恒量null（2）爱因斯坦的光子说 爱因斯坦在上述学说的启发下,于1905年提出光的光子说,在空间传播的光也不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量与频率成正比. null（3）光子说对光电效应的解释当光子照射到金属上时,它的能量可以被金属中某个电子全部吸收,电子吸收能量足够大,能克服金属内部的引力做功,离开金属表面逃逸出来,成为光电子.null（4）爱因斯坦的光电方程——光电子最大初动能 ——金属的逸出功 null4.氢氖激光器发射的波是波长为6328埃的单色光，试计算这种光的一个光子能量为多少?若该激光器的发光功率18mW，则每秒钟发射多少个光子?【解析】光子的能量：E=hν，或E=hc/，知道光子的波长就可计算每个光子的能量.而每秒钟发出的光的总能量应当为每秒内的光子数与每个光子能量的乘积. 根据光子说， E=hc/=3.14×10-19J=1.96eV， 因为发光功率等于光子的总能量与时间的比值，所以单位时间内发射的光子数为：n=Pt/E=5.75×1016个.null5.某广播电台发射功率为10kW，在空气中波长为187.5m的电磁波，试求： (1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子? (2)若发射的光子向四面八方视为均匀的，求在离天线2.5km处，直径为2m的环状天线每秒接收的光子个数.接收功率为多大?【解析】本题一是考查能量守恒问题，二是考查光子与光子能量问题，三是几何知识在物理学中的运用. (1)每个光子的能量：E=h=hc/=1.06×10-27J， 则每秒钟电台发射上述波长的光子数为： N=Pt/E=1031(个/秒).null(2)设环状天线每秒接收光子数为n个，以电台发射天线为球心，则半径为R的球面积S=4R2； 而环状天线的面积S′= r2，所以 n=r2/(4R2) ×N=4×1023个； 接收功率:P= r2/(4R2) ×P总=4×10-4W. 解此题之后，应当清楚地知道为什么离发射台 越远，电磁波的信号就越弱的原因了.null搞清两个概念问1：“光电子的最大初动能大，光电子就跑得快；光电子 跑得快，光电流就强”。这话对不对？ 答：不对。“快”与“不快”不等同光电流强与不强。一个光电子跑得再快，后面的不跟上，光电流还是不强。电流的强弱，取决于单位时间里通过导体截 面的电量多少，即取决于通过同一截面的平均两个电荷间的时间间隔，光电流就大，否则就小。这与单个电子跑得快不快的概念是不同的。 null问2：“光的强度由光子数的多少决定”你怎样理解这话的含意？答：这是对频率已经确定的单色光而言的。因为对于频率已经确定为ν的单色光，每个光子的能量为E＝hν，如果每秒照射到垂直于光传播方向的单位面积上的光子数为N，则光的强度I＝N hν。式中 ν 与 h 都已确定，则 I 仅由 N决定。如果不是单色光，频率就不只一个，情况就复杂一些，光强需由光子数和频率共同决定。null6.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率，低于这个频率的光不能发生光电效应null【解析】可根据光电效应的四条规律进行分析．光电子的最大初动能是随着入射光的频率的增大而增大，与光强无关，A错；而光电效应产生的条件是入射光的频率大于或等于金属的极限频率，B错；在答案C中，当入射光的频率大于极限频率的前提下，饱和电流与光强成正比，若入射光强度一定时，入射光的光子数便取决于光子的能量了，光强一定时光子的能量越大，则单位时间内的光子数就越少，单位时间内入射光子数少，则打出的光电子数就少，饱和光电流就越小了，所以在光强一定时，入射光的频率越大，则饱和光电流越小，本题答案D.null光电效应应用 光电效应的突出特点是光电子的瞬时发射，利用 这一特点制成的光电管，可以把光信号立即转变成电 信号，快捷高速、动作灵敏，在科学技术、文化生活、 工农业生产等各方面有广泛的应用。1.光电管的构造和原理2. 重要应用举例null1.光电管的构造和原理K光玻璃泡阳极A阴极K甲乙Inull2.重要应用举例1.与电磁继电器联合工作组成光控继电器，用于安全生产、自动 计数、自动分检等。2.制电影片时利用专门设备把声音变为光的变化，进而的声音的“像”摄帛在影片的边缘上。放电影时再把“像”还原成声音，制成了今天的“有声电影”（光电管发明以前是“无声电影”）。3.光纤通信－－－这是目前世界上争先研究和发展的高新技术之一，它将从根本上改变通信的容量和质量，前景十分广阔。下面以光纤电话为例，用框图形式了解一下它的大致工作过程。声 音 变 成 电信号