2.2涅槃凤凰再飞翔(课时1) 学案（2020年沪科版高中物理选修3-5）

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1、22 涅槃凤凰再飞翔涅槃凤凰再飞翔(课时课时 1) 学习目标 1.了解光电效应及其实验规律，以及光电效应与电磁理论的矛盾.2.知道爱因斯 坦光电效应方程及应用 一、光电效应及其实验规律 导学探究 1.探究光电效应产生的条件 如图 1 所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上 图 1 (1)用紫外线灯照射锌板，看到的现象为_， 说明_ _. (2)在紫外线灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用紫外线灯照射，看到的现象为 _， 说明_ _. (3)撤去紫外线灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象为 _， 说明_ 答案 (1)验电器箔片张开 锌板

2、带电了紫外线灯发出的紫外线照射到锌板上，在锌板表面 发射出光电子，从而使锌板带上了正电 (2)箔片张角明显减小 锌板产生光电效应是光中紫外线照射的结果而不是可见光 (3)观察不到箔片张开 可见光不能使锌板发生光电效应 2研究光电效应的规律 如图 2 甲是研究光电效应现象的装置图，图乙是研究光电效应的电路图，请结合装置图及产 生的现象回答下列问题： 图 2 (1)在甲图中发现，利用紫外线照射锌板无论光的强度如何变化，验电器都有张角，而用红光 照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器总无张角，这说明了什么？ (2)在乙图中光电管两端加正向电压， 用一定强度的光照射时， 若增加电压， 电流表示数不变，

3、 而光强增加时，同样电压，电流表示数会增大，这说明了什么？ (3)在乙图中若加反向电压，当光强增大时，遏止电压不变，而入射光的频率增加时，遏止电 压却增加，这一现象说明了什么？ 答案 (1)金属能否发生光电效应，决定于入射光的频率，与入射光的强度无关 (2)保持入射光频率不变，当发生光电效应时，飞出的光电子个数只与光的强度有关 (3)在金属材料不变的情况下，光电子的能量与入射光频率有关，与光的强度无关 知识梳理 1光电效应 在光的照射下物体发射电子的现象叫做光电效应发射出来的电子叫光电子 2光电效应的实验规律 (1)对于各种金属都存在着一个极限频率，当入射光的频率高于这个极限频率时，才能产生光

4、 电效应； (2)光电子的最大动能随着入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关； (3)保持入射光频率不变，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； (4)入射光射到金属表面时，光电子的产生几乎是瞬时的，不超过 110 9_s. 即学即用 判断下列说法的正误 (1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应( ) (2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关( ) (3)“光子”就是“光电子”的简称( ) 二、爱因斯坦的光子说 导学探究 用如图 3 所示的装置研究光电效应现象用光子能量为 2.75 eV 的光照射到光 电管上时发生了光电效应，电流表的示数

5、不为零；移动滑动变阻器的滑动触头，发现当电压 表的示数大于或等于 1.7 V 时，电流表示数为 0. 图 3 (1)光电子的最大动能是多少？遏止电压为多少？ (2)光电管阴极的逸出功又是多少？ (3)当滑动触头向 a 端滑动时，光电流变大还是变小？ (4)当入射光的频率增大时，光电子最大动能如何变化？遏止电压呢？ 答案 (1)1.7 eV 1.7 V (2)WhEkm2.75 eV1.7 eV1.05 eV (3)变大 (4)变大 变大 知识梳理 1 光子说： 光在空间传播时是不连续的， 而是一份一份的， 一份叫做一个光量子， 简称光子 光 子的能量 Eh. 2逸出功 使电子脱离某种金属所做功

6、的最小值，用 W 表示，不同金属的逸出功不同 3最大动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具 有的动能的最大值 4遏止电压与极限频率 (1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压 (2)极限频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的极限频率不同的金属 对应着不同的极限频率 5光电效应方程 (1)表达式：hWEkm. (2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是 h，这些能量一部分用于克服金属的逸 出功 W，剩下的表现为逸出后电子的最大动能 即学即用 判断下列说法的正误 (1)从金属表面出来的光电子的最大动能越大，这种金属的逸出功越小( ) (2

7、)光电子的最大动能与入射光的频率成正比( ) (3)入射光若能使某金属发生光电效应，则该入射光的强度越大，照射出的光电子越 多( ) (4)遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关( ) 一、光电效应现象及其实验规律 1光电效应的基本概念 (1)光电效应：金属在光(包括可见光和不可见光)的照射下，向外逸出电子的现象 (2)光电子：光电效应中发射出来的电子 2光电效应实验相关概念的理解 (1)饱和电流 金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋 于一个饱和值，这个饱和值是饱和电流，在一定条件下，饱和电流与所加电压大小无关，只 与入射光的强度有关入

8、射光越强，饱和电流越大 说明：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多 (2)遏止电压 极限频率 逸出功 遏止电压：使光电流减小到零的反向电压用符号 U 表示 计算方法：eU0Ekm 遏止电压与入射光的频率有关入射光的频率不变，遏止电压不变，入射光的频率改变，遏 止电压改变 说明：光电子的能量只与入射光的频率有关 极限频率：能使某种金属发生光电效应的入射光的最小频率叫做该种金属的极限频率不 同的金属对应着不同的截止频率 逸出功：电子从金属中挣脱出来，要克服金属表面层的一些力做功，电子脱离金属所需做 功的最小值叫逸出功不同金属的逸出功不同 例 1 (多选)三种不同的入射光 A、B、C 分别照射在

9、三种不同的金属 a、b、c 表面，均恰能 使金属中逸出光电子，若三种入射光的波长 ABC，则( ) A用入射光 A 照射金属 b 和 c，金属 b 和 c 均可发生光电效应现象 B用入射光 A 和 B 照射金属 c，均可使金属 c 发生光电效应现象 C用入射光 C 照射金属 a 与 b，金属 a、b 均可发生光电效应现象 D用入射光 B 和 C 照射金属 a，均可使金属 a 发生光电效应现象 答案 CD 解析 恰能使金属逸出光电子说明入射光的频率恰好等于金属的极限频率，即 0aA、0b B、0cvC，由题意知入射光的频率 ABC，则 A0b0c，故用入射光 A 照射金属 b 和 c，金属 b

10、和 c 均不能发生光电效应现象，A 错误；因 AB0c，故用入射光 A 和 B 照射金属 c，金属 c 不能发生光电效应现象，B 错误；因 0a0bC，故用入射光 C 照射金 属 a 与 b，金属 a、b 均可发生光电效应现象，C 正确；因 0aBC，故用入射光 B、C 照 射金属 a，均能使金属 a 发生光电效应现象，D 正确 针对训练 1 (多选)如图 4 所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没 有电流通过其原因可能是( ) 图 4 A入射光太弱 B入射光波长太长 C光照时间太短 D电源正、负极接反 答案 BD 解析 金属存在极限频率，用频率超过金属极限频率的光照射金属

11、时才会有光电子射出入 射光的频率低于仍限频率，不能产生光电效应，光电效应的产生与光照强弱无关，选项 B 正 确，A 错误；电路中电源正、负极接反，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压， 也没有光电流产生，D 正确；光电效应的产生与光照时间无关，C 错误 二、光子说 爱因斯坦光电效应方程 1 光子说： 光子说的提出说明了光是由光子组成的 光子的能量 h， 决定于光的频率 光 的强度与光子的数目有关，在频率一定的情况下，光越强，单位时间内单位面积上的光子数 越多 2光电效应方程 hWEkm (1)式中的 Ekm是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以 是 0Ek

12、m范围内的任何数值 (2)光电效应方程实质上是能量守恒方程 能量为 h 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， 另一部分就是电子离开金属表面时的动能 如要克服吸引力做功最少为 W，则电子离开金属表面时动能最大为 Ekm，根据能量守恒定 律可知：EkmhW. 3光子说对光电效应的解释 (1)饱和电流与光强关系：一定频率的光，光照强度越大，包含的光子数越多，照射金属时产 生的光电子越多，因而饱和电流越大 (2)存在极限频率和遏止电压：由爱因斯坦光电效应方程知光电子的最大初动能与入射光频 率有关，与光强无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光强无关 若发生光电效应，

13、则光电子的最大初动能必须大于零， 即 EkmhW0， 亦即 hW， W h 0，而 0W h 恰好是光电效应的极限频率 例 2 (多选)在光电效应实验中，分别用频率为 a、b的单色光 a、b 照射到同种金属上，测 得相应的遏止电压分别为 Ua和 Ub，光电子的最大初动能分别为 Ekma和 Ekmb.h 为普朗克常 量下列说法正确的是( ) A若 ab，则一定有 UaUb B若 ab，则一定有 EkmaEkmb C若 UaUb，则一定有 EkmaEkmb D若 ab，则一定有 haEkmahbEkmb 答案 BC 解析 由爱因斯坦光电效应方程得，EkmhW，由动能定理得，EkmeU，若用 a、b

14、 单色 光照射同种金属时，逸出功 W 相同当 ab时，一定有 EkmaEkmb，UaUb，故选项 A 错 误，B 正确；若 UaUb，则一定有 EkmaEkmb，故选项 C 正确；因逸出功相同，有 W ha Ekma hb Ekmb，故选项 D 错误 针对训练 2 (2018 会宁四中高二下学期期中)入射光照射到某金属表面上发生了光电效应， 若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( ) A延迟时间将明显增加 B光电子的最大初动能将减少 C有可能不发生光电效应 D单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少 答案 D 解析 若能发生光电效应，发生光电效应的时间与光的强度无关，故 A 错误入射光照射

15、到 某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，频率保持不变，可知仍然可以发生光电 效应，根据光电效应方程 EkmhW 知，光电子的最大初动能不变，故 B、C 错误入射 光的强度减弱，即入射光单位时间射出的光电子的数目减少，则单位时间内从金属表面逸出 的光电子数目将减少，故 D 正确 针对训练 3 (多选)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为 0，则( ) A当用频率为 20的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B当用频率为 20的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为 h0 C当入射光的频率 大于 0时，若 增大，则逸出功增大 D当入射光的频率 大于 0时，若 增大一倍，则光

16、电子的最大初动能也增大一倍 答案 AB 解析 因入射光的频率大于或等于极限频率时会产生光电效应，所以 A 正确；因为金属的极 限频率为 0，所以逸出功 Wh0，再由 EkmhW 得，Ekm2h0h0h0，B 正确；因 为逸出功是光电子恰好逸出时需要做的功，对于同种金属是恒定的，故 C 错误；由 Ekmh Whh0h(0)可得，当 增大一倍时：Ekm Ekm 20 0 2，故 D 错误. 1(光电效应现象的理解)(多选)如图 5 所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张 开一个角度，则下列说法中正确的是( ) 图 5 A用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转 B用红光照射锌板，验电器指针一

17、定会发生偏转 C锌板带的是负电荷 D使验电器指针发生偏转的是正电荷 答案 AD 2(光电效应规律的理解)(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光照射 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，当频率变高时，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 低于极限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 3(光电效应方程的简单应用)某种单色光的频率为 ，用它照射某种金属时，在逸出的光电 子中动能最大值为 Ekm，则这种金属的逸出功和极限频率分别是( ) AhEkm，Ekm h BEkmh，Ekm h ChEkm， h Ekm DEkmh， h Ekm 答案 A 解析 根据光电效应方程得，WhEkm，根据 Wh0知极限频率 0W h Ekm h .