新教材同步輔導(dǎo)2023年高中物理第四章波粒二象性第二節(jié)光電效應(yīng)方程及其意義課件粵教版選擇性必修第三冊(cè)

第四章波粒二象性學(xué)習(xí)目標(biāo)物理與STSE1．知道普朗克的能量子假說(shuō)．2．知道愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)以及光子能量的表達(dá)式．(重點(diǎn))3．知道愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程以及對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋(重點(diǎn)、難點(diǎn))

知識(shí)點(diǎn)一能量子假說(shuō)和光子假說(shuō)1．能量子假說(shuō)．(1)假說(shuō)內(nèi)容：物體熱輻射所發(fā)出的電磁波的能量是不連續(xù)的，只能是hν的整數(shù)倍．(2)能量量子：hν稱(chēng)為一個(gè)能量量子，其中ν是輻射頻率，h是一個(gè)常量，稱(chēng)為普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s.(3)在微觀世界里，物理量的取值通常是不連續(xù)的，只能取一些分立的值．這種物理量分立取值的現(xiàn)象稱(chēng)為量子化現(xiàn)象．2．光子假說(shuō)．(1)內(nèi)容：光子說(shuō)：1905年，愛(ài)因斯坦提出，光的能量不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫作一個(gè)光子．一個(gè)光子的能量為ε＝hν，h是普朗克常量，ν是光的頻率．(2)意義：利用光子假說(shuō)可以完美地解釋光電效應(yīng)的各種特征．知識(shí)點(diǎn)二光電效應(yīng)方程1．逸出功W0：電子脫離離子的束縛而逸出表面，這個(gè)功稱(chēng)為金屬的逸出功．2．白天的天空各處都是亮的，是大氣分子對(duì)太陽(yáng)散射的結(jié)果，美國(guó)物理學(xué)家康普頓由于在這方面的研究而榮獲了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．假設(shè)一個(gè)沿著一定方向運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子相互碰撞以后，電子向某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，光子沿另一方向散射出去，則這個(gè)散射光子跟原來(lái)的光子相比(

)A．頻率變大 B．速度變小C．光子能量變大 D．波長(zhǎng)變長(zhǎng)探究一對(duì)光子概念的理解1．光子不是光電子：光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來(lái)的電子，其本質(zhì)是電子，光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果．2．由光子的能量確定光電子的動(dòng)能：光照射到金屬表面時(shí)，光子的能量全部被電子吸收，電子吸收了光子的能量，可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動(dòng)能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí)，需克服原子核的引力做功最小，具有的初動(dòng)能最大．光電子的初動(dòng)能小于或等于光電子的最大初動(dòng)能．3．光子的能量與入射光的強(qiáng)度的關(guān)系：光子的能量即每個(gè)光子的能量，其值為E＝hν(ν為光子的頻率)，其大小由光的頻率決定．入射光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，入射光的強(qiáng)度等于單位時(shí)間內(nèi)光子能量與入射光子數(shù)的乘積．【典例1】氦氖激光器發(fā)射波長(zhǎng)為6.328×10－7m的單色光，試計(jì)算這種光的一個(gè)光子的能量為多少？若該激光器的發(fā)光功率為18mW，則每秒鐘發(fā)射多少個(gè)光子？(h＝6.63×10－34J·s)光能量子E＝hν，光能是光子能量的整數(shù)倍，即E總＝nε＝nhν.普朗克量子化理論，認(rèn)為電磁波的能量是量子化的、不連續(xù)的，總能量是能量子的整數(shù)倍，即E總＝nε，其中ε＝hν，因此，只要知道電磁波的頻率ν即可解答．光是一種電磁波，光能量子簡(jiǎn)稱(chēng)光子．其能量值是光能量的最小單位，ε＝hν，其中ν為光的頻率，通常結(jié)合c＝λν，確定ε的值．1．(2022·全國(guó)卷)一點(diǎn)光源以113W的功率向周?chē)蟹较蚓鶆虻剌椛洳ㄩL(zhǎng)約為6×10－7m的光，在離點(diǎn)光源距離為R處每秒垂直通過(guò)每平方米的光子數(shù)為3×1014個(gè)．普朗克常量為h＝6.63×10－34J·s.R約為(

)A．1×102m

B．3×102mC．6×102m D．9×102m探究二愛(ài)因斯坦光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋1．對(duì)光電流存在飽和值，以及飽和光電流隨光強(qiáng)增大而增大的解釋?zhuān)?dāng)光強(qiáng)一定時(shí)，單位時(shí)間照射到金屬表面的光子數(shù)是一定的，一般情況下一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子，這樣導(dǎo)致單位時(shí)間從陰極K射出的光電子數(shù)量也是一定的．如果單位時(shí)間從陰極K運(yùn)動(dòng)到陽(yáng)極A的光電子數(shù)量小于單位時(shí)間從陰極K射出的光電子數(shù)量，那么增大外加正向電壓時(shí)會(huì)使單位時(shí)間到達(dá)陽(yáng)極A的光電子數(shù)量增多，這樣光電流就隨正向電壓的增大而增大．當(dāng)正向電壓增大到一定程度，以至于單位時(shí)間到達(dá)陽(yáng)極A的光電子數(shù)量等于從陰極K射出的光電子數(shù)量時(shí)，這時(shí)無(wú)論再怎么增大外加的正向電壓，光電流都不會(huì)增加，也就是光電流達(dá)到了飽和值．光的頻率不變，此時(shí)增大光的強(qiáng)度，就是增加單位時(shí)間照射到金屬表面的光子的數(shù)量，會(huì)導(dǎo)致單位時(shí)間從陰極K射出的光電子數(shù)量和到達(dá)陽(yáng)極A的光電子數(shù)量都增大，飽和光電流的數(shù)值也就增加了．2．對(duì)存在截止頻率的解釋?zhuān)l(fā)生光電效應(yīng)的條件可從光子能量、光子頻率和光的波長(zhǎng)三個(gè)角度確定，即：(1)hν>W0；(2)ν>νc；(3)λ>λc.(1)①電子離開(kāi)金屬需要克服原子核的束縛做功，金屬中不同位置的電子，離開(kāi)金屬表面需要克服原子核束縛做的功也不相同，逸出的電子克服原子核束縛做功的最小值叫作這種金屬的逸出功．②逸出功只由金屬本身決定，與入射光無(wú)關(guān)．【典例2】一束黃光照射某金屬表面發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．若增加黃光的照射強(qiáng)度，則逸出的光電子數(shù)不變B．若增加黃光的照射強(qiáng)度，則逸出的光電子最大初動(dòng)能增加C．若改用紅光照射，則可能不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)D．若改用紅光照射，則逸出的光電子的最大初動(dòng)能增加解析：光的強(qiáng)度增大，則單位時(shí)間內(nèi)選出的光電子數(shù)目增多，根據(jù)光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動(dòng)能不變；故A、B錯(cuò)誤；因?yàn)榧t光的頻率小于黃光的頻率，則用紅光照射時(shí)不一定發(fā)生光電效應(yīng)，故C正確；若是紅光照射，若能發(fā)生光電效應(yīng)，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0

知，由于紅光的頻率小，所以光電子的最大初動(dòng)能減小，故D錯(cuò)誤．答案：C(1)能不能發(fā)生光電效應(yīng)由入射光的頻率決定，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)．(2)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光的頻率無(wú)關(guān)，與入射光的強(qiáng)度有關(guān)．3．(2022·廣東梅州高二期末)用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)．而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí)，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么(

)A．a(chǎn)光的頻率一定小于b光的頻率B．只增加a光的強(qiáng)度可使通過(guò)電流計(jì)G的電流增大C．增加b光的強(qiáng)度可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)D．用a光照射光電管陰極K時(shí)通過(guò)電流計(jì)G的電流是由d到c解析：a光能發(fā)生光電效應(yīng)而b光不能發(fā)生光電效應(yīng)，可知a光頻率大于極限頻率而b光頻率小于極限頻率，即a光的頻率一定大于b光的頻率，A錯(cuò)誤；只增加a光的強(qiáng)度可使逸出的光電子增多，則通過(guò)電流計(jì)G的電流增大，B正確；是否能發(fā)生光電效應(yīng)與光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故增加b光的強(qiáng)度不可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，C錯(cuò)誤；用a光照射光電管陰極K時(shí)光電子由d到c，則通過(guò)電流計(jì)G的電流是由c到d，D錯(cuò)誤．故選B.答案：B探究三光電效應(yīng)方程及其應(yīng)用1．光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0的四點(diǎn)理解．(1)式中的Ek是光電子的最大初動(dòng)能，就某個(gè)光電子而言，其離開(kāi)金屬時(shí)剩余動(dòng)能大小可以是0～Ek范圍內(nèi)的任何數(shù)值．(2)光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程．①能量為ε＝hν的光子被電子吸收，電子把這些能量的一部分用來(lái)克服金屬表面對(duì)它的吸引，另一部分就是電子離開(kāi)金屬表面時(shí)的動(dòng)能．②如果克服吸引力做功最少，為W0，則電子離開(kāi)金屬表面時(shí)動(dòng)能最大，為Ek，根據(jù)能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0.(4)Ek-ν曲線．如圖所示是光電子最大初動(dòng)能Ek隨入射光頻率ν的變化曲線．這里，橫軸上的截距是截止頻率或極限頻率；縱軸上的截距是逸出功的負(fù)值；斜率為普朗克常量．2．光電效應(yīng)規(guī)律中的兩條線索、兩個(gè)關(guān)系．(1)兩條線索．(2)兩個(gè)關(guān)系．①光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；②光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大．【典例3】如圖所示，一光電管的陰極是用極限波長(zhǎng)λ0＝500nm的鈉制成的，用波長(zhǎng)λ＝300nm的紫外線照射陰極，光電管陽(yáng)極A和陰極K之間的電勢(shì)差U＝2.1V，飽和光電流的值I＝0.56μA.(1)求每秒內(nèi)由K極發(fā)射的光電子數(shù)；(2)求光電子到達(dá)A極時(shí)的最大動(dòng)能；(3)如果電勢(shì)差U不變，而照射光的強(qiáng)度增加到原值的三倍，此時(shí)光電子到達(dá)A極時(shí)最大動(dòng)能是多大？(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中的光速c＝3×108m/s，電子的電荷量e＝1.6×10－19C)(3)根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，如果電勢(shì)差U不變，則光電子到達(dá)A極的最大動(dòng)能不變，Ek＝6.012×10－19J.答案：(1)3.5×1012個(gè)(2)6.012×10－19J

(3)6.012×10－19J4．很多商店裝有光電池電子眼探測(cè)設(shè)備，當(dāng)顧客到來(lái)時(shí)，門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)．這種設(shè)備的原理是：當(dāng)光的強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，傳感器產(chǎn)生的電流大小發(fā)生改變，這是光電效應(yīng)的一種應(yīng)用．若始終能夠發(fā)生光電效應(yīng)，則下列說(shuō)法正確的是(

)A．入射光的強(qiáng)度一定時(shí)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子越多B．入射光的強(qiáng)度越大，光電子的最大初動(dòng)能一定越大C．光電子的最大初動(dòng)能越大，光電子形成的電流強(qiáng)度一定越大D．用同一單色光照射光電管，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，光電子的最大初動(dòng)能越大解析：入射光的強(qiáng)度一定時(shí)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越小，由ε＝hν可知，單個(gè)光子的能量越小，則單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬板上的光子數(shù)越多，逸出的光電子越多，故A正確；由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，光電子的最大初動(dòng)能只與入射光的頻率和金屬的逸出功有關(guān)，故B、D錯(cuò)誤；光電子形成的電流強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度和頻率有關(guān)，和最大初動(dòng)能無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤．答案：A5.在做光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某金屬被光照射