粤教版（2019）选择性必修第三册 4.1光电效应 课件（31张PPT）

第四章 波粒二象性 第一节 光电效应 粤教版（2019）高中物理选择性必修第三册 一、光电效应 19世纪80年代，人们发现某些金属材料在光的照射下会带电。例如，把锌片放在紫外线下照射，用验电器检验锌片，可以发现锌片带正电。后来人们明白，这是由于锌片在紫外线的照射下发射电子的缘故。这种金属在光的照射下发射电子的现象被称为光电效应，发射出来的电子被称为光电子。这看似简单的现象，却引发了物理学思想上的一次飞跃，也成就了光电技术在各领域的广泛应用。 光电管是利用光电效应制成的一种常见的光电器件，它可以把光信号转变成电信号。光电管主要由密封在真空玻璃壳内的阴极和阳极组成，如图4-1-1(a)所示。阴极表面通常涂有碱金属，如锂、铯等。碱金属对电子的束缚能力比较弱，所以比较容易在光的照射下发射电子。如图4-1-1(b)所示，阴极发射的光电子受到正向电压U加速，被阳极收集，在回路中形成电流，称为光电流。这样，光电管就把光信号变成电信号。 二、光电效应的实验规律 【实验·探究】 如左图所示为光电效应演示器。利用该演示器可以探究入射光强度、频率和光照时长对光电流的影响。如右图所示，在光电管上加正向电压，入射光强度可以通过改变光罩上出射孔的数目或大小来改变，入射光的频率可以用不同的滤色片来改变，电源加在阳极A与阴极K之间的电压大小可以调整。注意观察不同入射光强度、频率和光照时长对应的光电流大小。 【实验·总结】 实验发现，在光照条件不变的情况下，光电流的大小随着正向电压的增大而增大，当正向电压增加到一定值时，光电流大小不再变化，达到饱和。饱和电流的大小与入射光的强度成正比。 实验中也出现了一个“奇怪”的现象，当入射光的频率比较低时，无论入射光强度多么大，照射时间多么长，光电管都没有光电流产生。事实上，对于每一种金属，只有当入射光频率大于某一频率v0时，才会产生光电流。我们将这个频率称为截止频率，其对应的波长称为截止波长。表4-1-1给出了部分金属的截止频率和截止波长。表4-1-1-些金属的截止频率和截止波长。 {5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}材料 铯Cs 钠Na 锌Zn 银Ag 铂Pt 截止频率/（×1014Hz） 4.55 5.56 8.07 11.53 15.29 截止波长/nm 660 540 372 260 190 【理论·探究】 光电管阴极射出的光电子具有一定的动能。为了测量光电子的动能，可以在光电管的两个电极上加上反向电压，如图所示，调节反向电压的大小可阻止光电子到达阳极。在强度和频率一定的光照射下，回路中的光电流将会随着反向电压的增加而减小，并且当反向电压达到某一数值时，光电流将会减小到零。我们把这时的电压称为遏止电压，用符号Uc表示。 【总结】 光电子到达阳极要克服反向电场力所做的功W=eUc 式中e为电子的电荷。 如果光电子到达阳极的速度刚好为零，根据能量守恒定律，则光电子出射时的最大初动能 ????????????????????????????????=???????????? ? 式中m为电子的质量，????????????????为光电子的最大初速率。 ? 【总结】 1.存在截止频率 ①定义：当入射光的频率减小到某一数值vc时，光电流消失，这表明已经没有光电子了。vc称为截止频率或极限频率。 ②特点：当入射光的频率低于金属的截止频率时，不发生光电效应。 ③影响因素：截止频率与金属自身的性质有关，不同金属的截止频率不同。 2.存在饱和电流 ①现象：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。 ②原因：在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的，电压增加到一定值时，所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。 ③规律：对于一定频率（颜色）的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，饱和电流越大。 3.存在 ... ...