5.1光电效应 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-5）

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1、第第 1 节节 光电效应光电效应 目标定位 1.了解光电效应和光电效应的实验规律及应用.2.知道爱因斯坦光电效应方程及 其意义，并会用来解决简单的问题 一、光电效应的产生 1光电效应现象 在光的照射下电子从物体表面逸出的现象称为光电效应， 从金属表面逸出的电子叫做光电子 2光电效应实验规律 (1)每一种金属对应一种光的最小频率，又称极限频率，只有当光的频率大于或等于这个最 小频率时，才会产生光电效应 (2)产生光电效应时，单位时间内逸出金属表面的电子数与光的强度有关；光的强度越大， 单位时间内逸出的电子数越多 (3)从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔很短， 通常可在10 9 s内发生光

2、电效应 想一想 紫外线灯照射锌板，为什么与锌板相连的验电器指针张开一个角度？ 答案 紫外线灯照射锌板，发生光电效应现象，锌板上的电子飞出锌板，使锌板带正电，与 锌板相连的验电器也会因而带正电，使得验电器指针张开一个角度 二、光电效应的理论解释 1光子说：光由个数有限、分立于空间各点的光子组成，频率为 的光子能量为 h. 2爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：h1 2Wmv 2. (2)各量的意义：h 表示一个光子的能量，W 表示金属的逸出功，1 2mv 2表示光电子的最大初 动能 三、光电效应的应用 1光电开关：控制电路的接通或断开 2 光电成像： 原理是利用光电效应将光信号转化成电信号， 然

3、后再将电信号转化成光信号 例 如：红外线成像 3光电池：硅半导体太阳电池 想一想 电子的最大初动能与入射光的频率成正比吗？ 答案 根据爱因斯坦光电效应方程 hW1 2mv 2，1 2mv 2 与入射光的频率成一次函数关系， 并不是正比函数关系 一、光电效应现象 1光电效应的实质：光现象 转化为 电现象 2光电效应中的光包括不可见光和可见光 3光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质是电子 【例 1】 一验电器与锌板相连(如图 1 所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指 针保持一定偏角 图 1 (1)现用一带负电的金属小球与锌板接触， 则验电器指针偏角将_(选填“增大”、 “减 小”或“

4、不变”) (2)使验电器指针回到零， 再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板， 验电器指针无偏转 那 么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针_(选填“有”或 “无”)偏转 答案 (1)减小 (2)无 解析 当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与 锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转当带负电的小球与锌板接触后， 中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小使验电器指针回到零，用钠灯发出的 黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外 光比黄光的频率还要低， 更不可能使锌板发生光电效应 能否发生

5、光电效应与入射光的强弱 无关 二、光电效应的实验规律 1光电效应的三个规律 (1)任何一种金属都有一个极限频率 c，入射光的频率必须大于或等于 c，才能产生光电效 应，与入射光的强度及照射时间无关 (2)当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关 (3)光电效应几乎是瞬时的，发生的时间一般不超过 10 9 s. 2掌握三个概念的含义 (1)入射光频率决定着能否发生光电效应和光电子的最大初动能 (2)入射光的强度决定着单位时间内发射的光电子数 (3)饱和光电流决定于单位时间内发射的光电子数 3逸出功 使电子脱离某种金属表面所做功的最小值，用 W 表示，不同金属的逸出功不

6、同 4光电效应与光的电磁理论的矛盾 按光的电磁理论，应有： (1)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关 (2)不存在极限频率，任何频率的光都能产生光电效应 (3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于 10 9 s. 【例 2】 利用光电管研究光电效应实验，如图 2 所示，用频率为 的可见光照射阴极 K， 电流表中有电流通过，则( ) 图 2 A用紫外线照射，电流表不一定有电流通过 B用红光照射，电流表一定无电流通过 C用频率为 的可见光照射 K，当滑动变阻器的滑动触头移到 M 端时，电流表中一定无电 流通过 D用频率为 的可见光照射 K，当滑动变阻器的滑动触头向 N 端滑动时，电流

7、表示数可能 不变 答案 D 解析 因紫外线的频率比可见光的频率高， 所以用紫外线照射时， 电流表中一定有电流通过， 选项 A 错误；因不知阴极 K 的极限频率，所以用红光照射时，不一定发生光电效应，所以 选项 B 错误；即使 UAK0，电流表中也有电流，所以选项 C 错误；当滑动触头向 N 端滑动 时，UAK增大，阳极 A 吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极 A 时， 电流达到最大， 即饱和电流 若在滑动前， 电流已经达到饱和电流， 那么即使增大 UAK， 光电流也不会增大，所以选项 D 正确 针对训练 1 入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频

8、率保持 不变，那么( ) A从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B逸出的光电子的最大初动能将减小 C单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D有可能不发生光电效应 答案 C 解析 发生光电效应几乎是瞬时的，选项 A 错误；入射光的强度减弱，说明单位时间内的 入射光子数目减少，频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变， 选项 B 错误；入射光子的数目减少，逸出的光电子数目也就减少，故选项 C 正确；入射光 照射到某金属上发生光电效应， 说明入射光频率不低于这种金属的极限频率， 入射光的强度 减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项 D 错误 三、光

9、电效应方程的理解与应用 1光电效应方程实质上是能量守恒方程 能量为 Eh 的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引 做功，另一部分就是电子离开金属表面时的动能如果克服吸引力做功最少为 W0，则电子 离开金属表面时动能最大为 Ek，根据能量守恒定律可知：EkhW0. 2光电效应方程包含了产生光电效应的条件 若发生光电效应， 则光电子的最大初动能必须大于零， 即 EkhW00， 亦即 hW0， W0 h c，而 cW0 h 恰好是光电效应的极限频率 图 3 3Ek 曲线 如图 3 所示是光电子最大初动能 Ek随入射光频率 的变化曲线这里，横轴上的截距是极 限频率；纵轴上的

10、截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量 【例 3】 如图 4 所示，当开关 K 断开时，用光子能量为 2.5 eV 的一束光照射阴极 P，发现 电流表读数不为零合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于 0.60 V 时，电流 表读数仍不为零当电压表读数大于或等于 0.60 V 时，电流表读数为零由此可知阴极材 料的逸出功为( ) 图 4 A1.9 eV B0.6 eV C2.5 eV D3.1 eV 答案 A 解析 由题意知光电子的最大初动能为 EkeUc0.60 eV，所以根据光电效应方程 Ekh W0可得 W0hEk(2.50.6) eV1.9 eV. 针对训练 2 (多选)如图 5

11、所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能 Ek与入射光频 率 的关系图象，由图象可知( ) 图 5 A该金属的逸出功等于 E B该金属的逸出功等于 h0 C入射光的频率为 0时，产生的光电子的最大初动能为 E D入射光的频率为 20时，产生的光电子的最大初动能为 2E 答案 AB 解析 题中图象反映了光电子的最大初动能 Ek与入射光频率 的关系，根据爱因斯坦光电 效应方程 EkhW0，知当入射光的频率恰为该金属的极限频率 0时，光电子的最大初动 能 Ek0，此时有 h0W0，即该金属的逸出功等于 h0，选项 B 正确；根据图线的物理意 义，有 W0E，故选项 A 正确，而选项 C、D 错误

12、光电效应现象 1当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时( ) A锌板带负电 B有正离子从锌板逸出 C有电子从锌板逸出 D锌板会吸附空气中的正离子 答案 C 解析 当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选 项 C 正确，A、B、D 错误 光电效应规律 2用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应现将该单色光的光强减弱，则下列说 法中正确的是( ) 光电子的最大初动能不变 光电子的最大初动能减小 单位时间内产生的光电子数 减少 可能不发生光电效应 A B C D 答案 A 解析 由光电效应规律知，光电子的最大初动能由入射光的频率和金属的逸出功共同决定， 与

13、入射光的强度无关，故对；单位时间内产生的光电子数与入射光的强度成正比，光强减 弱，则单位时间内产生的光电子数减少，即也正确 3某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施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 答案 C 解析 光照射金属时能否产生光电效应， 取决于入射光的频率是否大于金属的极限频率， 与 入射光的强度和照射时间无关，故选项 A、B、D 均错误；又因 c ，所以选项 C 正确 光电效应方程的理解与应用 4(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生下 列说法正确的是( ) A保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大 B入射光的频率变高，饱和光电流变大 C入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大 D保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生 答案 AC 解析 在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大 饱和光电流越大，因此 A 正确，B 错误；根据 EkmhW 可知，对于同一光电管，逸出功 W 不变，当频率变高，最大初动能 Ekm变大，因此 C 正确；由光电效应规律可知，当频率 低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此 D 错误