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1、 第二节第二节 光的粒子性光的粒子性研究的背景研究的背景19世纪初开始，托马斯世纪初开始，托马斯杨、杨、菲涅耳、马吕斯等分别观察到菲涅耳、马吕斯等分别观察到了光的干涉、衍射和偏振现象。了光的干涉、衍射和偏振现象。光的干涉光的干涉研究的背景研究的背景n19世纪世纪60年代和年代和80年代，麦克斯韦和赫兹年代，麦克斯韦和赫兹从理论和实验上确认了从理论和实验上确认了光的电磁波光的电磁波本质。本质。麦克斯韦麦克斯韦赫兹赫兹光电效应现象光电效应现象思考：思考：1.用紫外线照射锌板时，验用紫外线照射锌板时，验电器指针为什么发生偏转？电器指针为什么发生偏转？2.为什么在紫外线的照射下为什么在紫外线的照射下锌
2、板中的自由电子会跑出来锌板中的自由电子会跑出来？3.用红光照射锌板，自由电用红光照射锌板，自由电子会跑出来吗？（猜测）子会跑出来吗？（猜测）什么是光电效应？什么是光电效应？当光线照射在金属表面时，金属中当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为有电子逸出的现象，称为光电效应光电效应。逸。逸出的电子称为出的电子称为光电子光电子。1887年，赫兹在研究电磁波的实验中年，赫兹在研究电磁波的实验中偶尔发现，接收电路的间隙如果受到光照，偶尔发现，接收电路的间隙如果受到光照，就更容易产生火花。这是最早发现的光电就更容易产生火花。这是最早发现的光电效应。后来由勒纳德和汤姆孙等进一步研效应。后来由勒
3、纳德和汤姆孙等进一步研究，得到了光电效应的实验规律。究，得到了光电效应的实验规律。光电效应的实验规律光电效应的实验规律阳极阳极阴极阴极存在饱和光电流存在饱和光电流一定颜色的光，入射光越强，一定颜色的光，入射光越强，饱和光电流越大，饱和光电流越大，单位时间单位时间内发射的光电子数越多。内发射的光电子数越多。1.为什么要加正向电压？不加为什么要加正向电压？不加正向电压电路中有电流吗？正向电压电路中有电流吗？2.保持光照条件不变，逐渐加大保持光照条件不变，逐渐加大两极间电压，电流怎么变化两极间电压，电流怎么变化?真空真空光电效应的实验规律光电效应的实验规律n入射光不变，如何使光电入射光不变，如何使光
4、电流减小？减小至零呢？流减小？减小至零呢？阳极阳极阴极阴极阳极阳极阴极阴极 当当 K K、A A 间加反向电压，光间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达电子克服电场力作功，当电压达到某一值到某一值 U Uc c 时，光电流恰好为时，光电流恰好为0 0。U Uc c称称遏止电压。遏止电压。光电效应的实验规律光电效应的实验规律对于同一颜色（频率相同）的光，无对于同一颜色（频率相同）的光，无论光的强度如何，遏止电压都一样。论光的强度如何，遏止电压都一样。光电子的能量只与入射光频率有关，光电子的能量只与入射光频率有关，与入射光强度无关与入射光强度无关根据已有知识推测：加了遏止电压根据已有知识推测
5、：加了遏止电压后，如果再增大入射光的强度，电后，如果再增大入射光的强度，电路中会有电流吗？减弱光的强度，路中会有电流吗？减弱光的强度，遏止电压会减小吗？遏止电压会减小吗？阳极阳极阴极阴极光电效应的实验规律光电效应的实验规律阳极阳极阴极阴极1.横轴截距和纵轴截距的意义？横轴截距和纵轴截距的意义？2.饱和光电流的大小由哪些饱和光电流的大小由哪些因素决定？因素决定？黄光强黄光强Uc2黄光弱黄光弱IOU蓝光蓝光Uc1光电子的光电子的光电子的光电子的最大初动能最大初动能最大初动能最大初动能只与只与只与只与入射光的频率入射光的频率入射光的频率入射光的频率有关，与入有关，与入有关，与入有关，与入射光的强弱无
6、关。射光的强弱无关。射光的强弱无关。射光的强弱无关。光的强光的强光的强光的强度度度度只决定单位时间内发射只决定单位时间内发射只决定单位时间内发射只决定单位时间内发射光电子的数目光电子的数目光电子的数目光电子的数目。当入射光的频率减少到当入射光的频率减少到某一数值某一数值c时，即使不，即使不施加反向施加反向电压也没有光也没有光电流。流。c称为称为截止频率截止频率。光电流与电压关系光电流与电压关系光电效应的实验规律光电效应的实验规律截止频率截止频率c-极限频率极限频率对于每种金属材料，都有一确定的截止对于每种金属材料，都有一确定的截止频率频率 c。不同金属截止频率不同。不同金属截止频率不同。当入射
7、光频率当入射光频率 c 时，时，电子才能逸出金属表面；电子才能逸出金属表面；当入射光频率当入射光频率 c时，时，无论光强多大也无电子逸出金属表面无论光强多大也无电子逸出金属表面 光光电电效效应应是瞬是瞬时时的。的。与光的与光的强强弱无关，不需要能量弱无关，不需要能量积积累。从光开始照射到光累。从光开始照射到光电电子逸出所需子逸出所需时间时间 W0 0 0 0时，才有光电子逸出，时，才有光电子逸出，就是就是光电效应的截止频率。光电效应的截止频率。c=W0/h电子一次性吸收光子的全部能量，不需要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积累能量的时间，光电流自然几乎
8、是瞬时发生的。生的。光强较大时，包含的光子数较多，照射金光强较大时，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。属时产生的光电子多，因而饱和电流大。光电效应理论的验证光电效应理论的验证 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时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。波动理论。美国物理学家密立根，花了十年时间做了美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效光电效应应”实验，结果在实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，年证实了爱因斯坦方程，h 的的值与理论值完全一致值与理论
9、值完全一致，又一次证明了，又一次证明了“光子光子”理论的理论的正确。正确。思考与讨论思考与讨论p33很难直接测很难直接测Ek，容易测量，容易测量Uc，如何得到如何得到Uc与与v、W0关系？关系？例题：例题：由密立根实验由密立根实验(Uc和和v的关系的关系)计计算普朗克常量算普朗克常量例题例题22011课标全国卷课标全国卷 (1)在光电效应实验在光电效应实验中中某金属的截止频率相应的波长为某金属的截止频率相应的波长为0该金属的逸出功为该金属的逸出功为 若用波长若用波长为为(0)的单色光做实验的单色光做实验则其遏止电则其遏止电压为压为 已知电子的电荷量、已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和和h.hc/0hc(0-)/(e 0)爱因斯坦由于爱因斯坦由于对对光电效光电效应应的理论解释和对的理论解释和对理论理论物理学物理学的贡献的贡献获得获得1921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖密立根由于密立根由于研究基本电荷和研究基本电荷和光电效应光电效应，特别是通过著名，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最的油滴实验，证明电荷有最小单位。小单位。获得获得19231923年诺贝尔年诺贝尔物理学奖物理学奖