第四章　2　第1課時(shí)　光電效應(yīng)

2光電效應(yīng)第1課時(shí)光電效應(yīng)［學(xué)習(xí)目標(biāo)］1.知道光電效應(yīng)現(xiàn)象，了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，知道光電效應(yīng)與電磁理論的矛盾(重點(diǎn))。2.理解愛(ài)因斯坦光子說(shuō)及對(duì)光電效應(yīng)的解釋?zhuān)瑫?huì)用光電效應(yīng)方程解決一些簡(jiǎn)單問(wèn)題(難點(diǎn))。一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，把一塊鋅板連接在驗(yàn)電器上，并使鋅板帶負(fù)電，驗(yàn)電器指針張開(kāi)，用紫外線(xiàn)燈照射鋅板。(1)觀察到驗(yàn)電器指針如何變化？(2)這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.光電效應(yīng)現(xiàn)象(1)光電效應(yīng)：照射到金屬表面的光，能使金屬中的從表面逸出的現(xiàn)象。

(2)光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)的。

2.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)存在或極限頻率νc：當(dāng)入射光的頻率截止頻率νc時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)表明，不同金屬的截止頻率。截止頻率與金屬有關(guān)。

(2)存在：在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流趨于一個(gè)飽和值。頻率不變時(shí)，入射光越強(qiáng)，飽和電流。

這表明對(duì)于一定頻率(顏色)的光，入射光，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)。

(3)存在：使光電流減小到的反向電壓Uc，滿(mǎn)足12mevc2=eUc。遏止電壓的存在意味著光電子具有一定的(4)光電效應(yīng)具有：當(dāng)頻率超過(guò)截止頻率νc時(shí)，無(wú)論入射光怎樣微弱，照到金屬時(shí)會(huì)產(chǎn)生光電流。

3.光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難(1)逸出功：使電子脫離某種金屬，外界對(duì)它做功的值，用W0表示。不同種類(lèi)的金屬，其逸出功的大小(填“相同”或“不相同”)。

(2)光電效應(yīng)經(jīng)典解釋①不應(yīng)存在頻率。

②遏止電壓Uc應(yīng)該與光的強(qiáng)弱關(guān)。

③電子獲得逸出表面所需的能量需要的時(shí)間實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生光電流的時(shí)間。

如圖是研究光電效應(yīng)的電路圖。請(qǐng)結(jié)合裝置圖及產(chǎn)生的現(xiàn)象回答下列問(wèn)題。(1)保持入射光的強(qiáng)度不變，滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)(增加電壓)時(shí)，電流表示數(shù)不變，而光強(qiáng)增加時(shí)，保持所加電壓不變，電流表示數(shù)會(huì)增大，這說(shuō)明了什么？(2)若將電源的正負(fù)極對(duì)調(diào)，當(dāng)光強(qiáng)增大時(shí)，遏止電壓不變，而入射光的頻率增加時(shí)，遏止電壓卻增加，這一現(xiàn)象說(shuō)明了什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例1如圖所示，把一塊不帶電的鋅板用導(dǎo)線(xiàn)連接在驗(yàn)電器上，當(dāng)用某頻率的紫外線(xiàn)照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針偏轉(zhuǎn)一定角度，下列說(shuō)法正確的是()A.驗(yàn)電器帶正電，鋅板帶負(fù)電B.驗(yàn)電器帶負(fù)電，鋅板也帶負(fù)電C.若改用紅光照射鋅板，驗(yàn)電器的指針一定也會(huì)偏轉(zhuǎn)D.若改用同等強(qiáng)度、頻率更高的紫外線(xiàn)照射鋅板，驗(yàn)電器的指針也會(huì)偏轉(zhuǎn)例2(2024·云南省高二期末)某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究某金屬發(fā)生光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。當(dāng)用頻率為ν的入射光照射金屬板K時(shí)，電流表示數(shù)不為零，向右調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，直到電流表的示數(shù)剛好為零，此時(shí)電壓表的示數(shù)為Uc。則下列說(shuō)法中正確的是()A.實(shí)驗(yàn)時(shí)電源的左端為正極B.實(shí)驗(yàn)時(shí)電源的右端為正極C.若不改變?nèi)肷涔忸l率和電路，增大入射光強(qiáng)度，Uc將會(huì)變大D.調(diào)換電源的極性(同時(shí)調(diào)整電壓表)，保持光照不變，向右滑動(dòng)滑片P的過(guò)程中，電流表示數(shù)一定一直增大二、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論1.光子：光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為，其中h為普朗克常量。這些能量子后來(lái)稱(chēng)為。

2.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：hν=或Ek=。

(2)物理意義：金屬中電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是，在這些能量中，一部分大小為W0的能量被電子用來(lái)脫離金屬，剩下的是逸出后電子的。其中Ek為光電子的初動(dòng)能。

3.光電效應(yīng)方程對(duì)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋(1)只有當(dāng)hνW0時(shí)，才有光電子逸出，νc=就是光電效應(yīng)的截止頻率。

(2)光電子的最大初動(dòng)能Ek與有關(guān)，而與光的無(wú)關(guān)。這就解釋了遏止電壓和光強(qiáng)無(wú)關(guān)。

(3)電子吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，光電流自然幾乎是瞬時(shí)產(chǎn)生的。

(4)對(duì)于同種顏色(頻率ν相同)的光，光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的較多，因而飽和電流較(選填“大”或“小”)。

愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程給出了光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系。但是，很難直接測(cè)量光電子的動(dòng)能，容易測(cè)量的是遏止電壓Uc，怎樣得到Uc與ν、W0的關(guān)系？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(1)“光子”就是“光電子”的簡(jiǎn)稱(chēng)。()(2)逸出功的大小與入射光無(wú)關(guān)。()(3)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比。()(4)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度成正比。()(5)逸出功與截止頻率成正比。()例3如圖所示，分別用波長(zhǎng)為λ、2λ的光照射光電管的陰極K，對(duì)應(yīng)的遏止電壓之比為3∶1，光在真空中的傳播速度為c，則光電管的截止頻率為()A.c4λ B.c3λ例4(2023·遂寧市高二期末)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。用光子能量為2.5eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)；移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.5V時(shí)，電流表G示數(shù)為零，則()A.改用光子能量為2.0eV的光照射到光電管上時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng)B.光電子的最大初動(dòng)能為1.5eVC.光電管陰極的逸出功為1.5eVD.開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，無(wú)論怎么移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，電流表G的示數(shù)總為零1.光電效應(yīng)規(guī)律中的兩條線(xiàn)索、兩個(gè)關(guān)系(1)兩條線(xiàn)索：(2)兩個(gè)關(guān)系：光的強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；光的頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大。2.光電效應(yīng)的三個(gè)關(guān)系式(1)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=hν-W0。(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：Ek=eUc。(3)逸出功與極限頻率的關(guān)系W0=hνc。答案精析一、(1)指針張角變小。(2)說(shuō)明紫外線(xiàn)會(huì)讓電子從鋅板表面逸出。梳理與總結(jié)1.(1)電子(2)電子2.(1)截止頻率低于不同自身的性質(zhì)(2)飽和電流越大越強(qiáng)越多(3)遏止電壓0初速度(4)瞬時(shí)性立即3.(1)最小不相同(2)①截止②有③遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于思考與討論(1)說(shuō)明發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，飽和光電流的強(qiáng)度與光的強(qiáng)度有關(guān)；入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。(2)光電子的能量只與入射光頻率有關(guān)，而與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。例1D［用紫外線(xiàn)照射鋅板，鋅板失去電子帶正電，驗(yàn)電器與鋅板連接，則驗(yàn)電器帶正電，A、B錯(cuò)誤；根據(jù)發(fā)生光電效應(yīng)的條件可知，若改用頻率較低的紅光照射鋅板，不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，所以驗(yàn)電器的指針不一定會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，C錯(cuò)誤；根據(jù)發(fā)生光電效應(yīng)的條件可知，能否發(fā)生光電效應(yīng)與光的頻率有關(guān)，若改用同等強(qiáng)度、頻率更高的紫外線(xiàn)照射鋅板，驗(yàn)電器的指針也會(huì)偏轉(zhuǎn)，D正確。］例2B［根據(jù)題意可知，當(dāng)向右調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P時(shí)，可使電流表的示數(shù)為零，說(shuō)明此時(shí)光電管兩端的電壓為反向電壓，則電源的右端為正極，故A錯(cuò)誤，B正確；若不改變?nèi)肷涔忸l率和電路，增大入射光強(qiáng)度，飽和光電流增大，頻率不變，Uc將保持不變，故C錯(cuò)誤；調(diào)換電源的極性(同時(shí)調(diào)整電壓表)，保持光照不變，向右滑動(dòng)滑片P的過(guò)程中，當(dāng)電流達(dá)到飽和光電流后，電壓增大，電流將保持不變，故D錯(cuò)誤。］二、1.hν光子2.(1)Ek+W0hν-W0(2)hν初動(dòng)能最大3.(1)>W0h(2)入射光的頻率ν強(qiáng)弱(3)一次性思考與討論由光電效應(yīng)方程有Ek=hν-W0，而遏止電壓Uc與最大初動(dòng)能的關(guān)系為eUc=Ek，所以可得Uc與入射光頻率ν的關(guān)系式是eUc=hν-W0，即Uc=heν-W易錯(cuò)辨析(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√例3A［設(shè)光電管的截止頻率為νc，用波長(zhǎng)為λ的光照射光電管的陰極K時(shí)，對(duì)應(yīng)的遏止電壓為Uc，則有Ek=hcλ-hνc=eU用波長(zhǎng)為2λ的光照射光電管的陰極K時(shí)，對(duì)應(yīng)的遏止電壓為Uc'，則有Ek'=hc2λ-hνc=eU又Uc=3Uc'，聯(lián)立解得νc=c4λ，A正確，B、C、D例4B［題圖中電源所加電壓為反向電壓，由于當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.5V時(shí)，電流表G示數(shù)為零，表明遏止電壓為1.5V，則光電子的最大初動(dòng)能為Ekmax=eUc=1.5eV，故B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程有Ekmax=hν-W0，由于