4.2光电效应与光的量子说 学案(2020年教科版高中物理选修3-5)
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1、2 光电效应与光的量子说光电效应与光的量子说 学科素养与目标要求 物理观念: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. 科学态度与责任:了解爱因斯坦光子说的提出过程,感受实验探究在物理学发展中的作用. 一、光电效应 1.光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出的现象. 2.光电子:光电效应中发射出来的电子. 3.光电效应的实验规律 (1)对于给定的光电阴极材料,都存在一个截止频率 0,只有超过截止频率 0的光,才能引起 光电效应. (2)光电流的大小由光强决定,光强越大,光电流越大. (3)光电子的最大初动能与入射光的频率
2、成线性关系. (4)光电效应具有瞬时性:光电效应中产生电流的时间不超过 10 9s. 二、光量子概念的提出 光电效应方程 1.1905 年,爱因斯坦提出了光量子概念,简称光子. 2.光子说:光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,这些能量子被称为光子,频率为 的光的能量子 h. 3.爱因斯坦光电效应方程的表达式:h1 2mv 2W.其中 W 为电子从金属内逸出表面时所需做 的功. 4.截止频率:当最大初动能等于零时,金属表面不再有光电子逸出,这时入射光的频率就是 截止频率 0W h . 1.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
3、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.( ) (4)逸出功的大小与入射光无关.( ) (5)入射光若能使某金属发生光电效应,则入射光的强度越大,照射出的光电子数越 多.( ) (6)最大初动能的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关.( ) 2.某金属的逸出功为 W,则这种金属的截止频率 0_,用波长为 的光照射金属的 表面,光电子的最大初动能1 2mv 2_.(已知普朗克常量为 h,光速为 c) 答案 W h h c W 一、光电效应 如图,将锌板和验电器连在一起,然后用紫外线灯照射锌板,会发生一个奇妙的现象,验电 器的金属箔片张开一个角度, 这一现象
4、说明了锌板在紫外线照射下带电了.为什么会这样呢? 验电器上带何种电荷? 答案 锌板在紫外线的照射下,向外逸出电子,所以锌板带电;锌板剩余正电荷,验电器也 带有正电荷. 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.理解光电效应规律的四个角度 (1)任何一种金属都有一个截止频率,入射光的频率必须超过这个截止频率才能发生光电效 应,低于这个截止频率则不能发生光电效应. (2)发生光电效应时, 光电子的最大初动能与入射光的强度无关, 随入射光频率的增大而增大. (3)大于截止频率的光照射金属时,光
5、电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射 光强度成正比. (4)光电效应的发生几乎是瞬时的,产生电流的时间不超过 10 9 s. 3.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、截止频率和逸出功 遏止电压:使光电流减小到零的反向电压.用符号 U0表示. 计算方法:eU001 2mv 2 遏止电压与入射光的频率有
6、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. 截止频率: 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截止频率(又叫 极限频率).不同的金属对应着不同的截止频率. 逸出功:电子从金属内挣脱出来,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 (2018 季延中学高二期末)利用光电管研究光电效应实验如图 1 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 1 A.用紫外光照射,电流表不一定有电流通过 B.用红外光照射,电流表一定无电流通过
7、 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 A 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 B 端滑动时,电流表示数可能不 变 答案 D 解析 因为紫外光的频率比可见光的频率高,所以用紫外光照射时,电流表中一定有电流通 过,选项 A 错误;因不知阴极 K 的截止频率,所以用红外光照射时,也可能发生光电效应, 选项 B 错误;即使 UAK0,电流表中也可能有电流通过,选项 C 错误;当滑动触头向 B 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,光电流达到最大,即饱和电流;若
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