歡迎進(jìn)入物理課堂 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解光電效應(yīng)的規(guī)律及光電管的工作原理 2 知道并理解極限頻率 遏制電壓的概念 3 理解光電效應(yīng)與光的電磁理論的矛盾 4 2光電效應(yīng)與光量子假說 光的電磁說 19世紀(jì)末 麥克斯韋的電磁理論完美地解釋了光的波動現(xiàn)象 光的電磁說得到了廣泛的認(rèn)同 但赫茲在通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁理論的同時 也發(fā)現(xiàn)了一個用電磁理論無法解釋的現(xiàn)象 光電效應(yīng) 光電效應(yīng) 1 在光 包括不可見光 的照射下 使物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng) 2 發(fā)射出來的電子叫做光電子 光電效應(yīng) 光電管 1 光電管就是利用光電效應(yīng)把光信號轉(zhuǎn)變成電信號的一種傳感器 2 陰極發(fā)出的光電子被陽極收集 在回路中會形成電流 稱為光電流 光電管 3 光電管的工作原理 為了把光電子盡可能多地收集到陽極 以增強(qiáng)光電流 通常還在光電管兩極加上正向電壓 如圖所示 光電流在電阻的兩端產(chǎn)生電壓Uab 隨著交的強(qiáng)弱變化而變化 這樣 光電管就把光信號變成了電信號 光電管的應(yīng)用 1 開關(guān)功能 自動化控制 2 光電轉(zhuǎn)換 通信領(lǐng)域 3 能量轉(zhuǎn)換 太陽能電池 探究光電效應(yīng)的規(guī)律 探究一 探究光電流的大小探究二 探究光電子動能的大小 探究光電流的大小 光電流的產(chǎn)生是光照射的結(jié)果 那么 光電流的大小跟入射光的哪些因素有關(guān)呢 猜想 與入射光的強(qiáng)度和頻率可能有關(guān)實(shí)驗(yàn)原理和裝置 實(shí)驗(yàn)步驟 控制變量法 記錄數(shù)據(jù) 1 當(dāng)入射光的頻率較低時 無論光多么強(qiáng) 照射時間多長 光電管都不會發(fā)射光電子 不能產(chǎn)生光電流 2 當(dāng)入射光的頻率較高時 才會產(chǎn)生光電流 這個頻率稱為極限頻率 其對應(yīng)的波長稱為極限波長 3 當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時 光電流強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度有關(guān) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 從光電管陰極射出的光電子具有一定的動能 為了測量光電子的動能 可以在光電管的兩個電極上加上反向電壓 用于阻止光電子到達(dá)陽極 你認(rèn)為在強(qiáng)度和頻率一定的光照射下 反向電壓增大 回路中的光電流會怎樣變化 回路中的光電流會隨著反向電壓的增加而減小 當(dāng)反向電壓達(dá)到一定數(shù)值時 光電流將會減小到零 我們把這時的電壓稱為遏止電壓 探究光電子的動能大小 遏止電壓 光電子克服反向電場力所做的功為 W eU 如果光電子到達(dá)陽極的速度剛好為零 根據(jù)能量守恒定律 光電子出射時的最大初始動能為 可見 光電子的最大初始動能可以通過測量遏止電壓來確定 猜想 遏止電壓 光電子最大初動能 與什么因素有關(guān) 采用實(shí)驗(yàn)探究的方法 控制變量法先保持光的頻率不變 逐漸增大電壓 直至光電流為零 記錄遏止電壓的值 改變?nèi)肷涔獾膹?qiáng)度 記錄遏止電壓的值 然后 維持光源的強(qiáng)度不變 改變?nèi)肷涔獾念l率 記錄遏止電壓的值 探究光電子的最大初動能大小 光強(qiáng)及頻率 遏止電壓與入射光的強(qiáng)度無關(guān) 入射光的頻率越大 遏止電壓越大 即光電子的最大初動能越大 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 討論與交流 隨著反向電壓逐漸增大 光電流是逐漸減小還是突然減小 逐漸減小 由此是否可以推測出射光電子的動能不一樣 遏止電壓對應(yīng)的是所有光電子的動能嗎 不一樣 光電效應(yīng)中從金屬出來的光電子 它們的初速度會有差異 初動能會有差異 其中最大者叫最大初動能 不是 遏止電壓對應(yīng)的光電子最大初動能 光電效應(yīng)的4條基本規(guī)律 1 產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件 任何一種金屬 都存在極限頻率 0 只有當(dāng)入射光頻率 0時 才能發(fā)生光電效應(yīng) 2 光電子的最大初動能 光電子的最大初動能Ekm與入射光強(qiáng)度無關(guān) 只隨入射光頻率的增大而增大 3 光電效應(yīng)的發(fā)生時間 幾乎是瞬時發(fā)生的 4 光電流強(qiáng)度的決定因素 當(dāng)入射光頻率 0時 光電流隨入射光強(qiáng)度的增大而增大 看表格思考下列問題 1 某光恰能使鋅發(fā)生光電效應(yīng) 那么能使表格內(nèi)哪些金屬發(fā)生光電效應(yīng) 2 表中哪種金屬最易發(fā)生光電效應(yīng) 3 為什么各種金屬的極限頻率不同 電磁理論遇到困難 為什么說光的波動理論無法解釋光電效應(yīng)的規(guī)律 從光電效應(yīng)的發(fā)生過程來看 電子吸收入射光能量后才能掙脫原子核的束縛 所以我們應(yīng)從能量的角度來分析光效應(yīng) 光的波動理論是這樣描述光的能量的 1 能量是連續(xù)的 2 振幅 光強(qiáng) 越大 光能越大 光的能量與頻率無關(guān) 光電效應(yīng)與光的電磁理論的矛盾 矛盾一 按照光的波動理論 不論光的頻率如何 只要照射時間足夠長或入射光的強(qiáng)度足夠大 就可以產(chǎn)生光電效應(yīng) 而實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 只有入射光的頻率v大于該金屬的極限頻率v0時 才能發(fā)生光電效應(yīng) 光電效應(yīng)與光的電磁理論的矛盾 矛盾二 根據(jù)能量的觀點(diǎn) 電子要從物體中飛出 必須具有一定的能量 而這一能量只能來源于入射光的能量 而實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 逸出的光電子的能量與入射光的強(qiáng)度無關(guān) 只取決于射光的頻率 光電效應(yīng)與光的電磁理論的矛盾 矛盾三 從波動理論可知 當(dāng)一束很細(xì)的光照射到物體上時 它的能量將均勻分布到大量的原子上 電子不可能在極短的時間內(nèi)聚集足夠的能量從物體中飛出 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)卻表明 入射光的照射和光電子的逸出幾乎是同時的 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全