第四章　2　第1課時　光電效應(yīng)

DISIZHANG第四章2第1課時光電效應(yīng)1.知道光電效應(yīng)現(xiàn)象，了解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律，知道光電效應(yīng)與電磁理論的矛盾(重點)。2.理解愛因斯坦光子說及對光電效應(yīng)的解釋，會用光電效應(yīng)方程解決一些簡單問題(難點)。

學(xué)習(xí)目標(biāo)一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律二、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論課時對點練

內(nèi)容索引光電效應(yīng)的實驗規(guī)律一如圖所示，把一塊鋅板連接在驗電器上，并使鋅板帶負(fù)電，驗電器指針張開，用紫外線燈照射鋅板。答案

指針張角變小。(1)觀察到驗電器指針如何變化？(2)這個現(xiàn)象說明什么？答案

說明紫外線會讓電子從鋅板表面逸出。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)射出來的

。2.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律(1)存在

或極限頻率νc：當(dāng)入射光的頻率

截止頻率νc時不發(fā)生光電效應(yīng)。實驗表明，不同金屬的截止頻率

。截止頻率與金屬

有關(guān)。梳理與總結(jié)電子截止頻率低于電子不同自身的性質(zhì)

梳理與總結(jié)飽和電流越大越強(qiáng)越多遏止電壓0初速度瞬時性立即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，外界對它做功的

值，用W0表示。不同種類的金屬，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間

實驗中產(chǎn)生光電流的時間。梳理與總結(jié)最小不相同截止有遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于如圖是研究光電效應(yīng)的電路圖。請結(jié)合裝置圖及產(chǎn)生的現(xiàn)象回答下列問題。思考與討論答案說明發(fā)生光電效應(yīng)時，飽和光電流的強(qiáng)度與光的強(qiáng)度有關(guān)；入射光越強(qiáng)，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。(1)保持入射光的強(qiáng)度不變，滑動變阻器的滑片向右滑動(增加電壓)時，電流表示數(shù)不變，而光強(qiáng)增加時，保持所加電壓不變，電流表示數(shù)會增大，這說明了什么？思考與討論答案光電子的能量只與入射光頻率有關(guān)，而與光的強(qiáng)弱無關(guān)。(2)若將電源的正負(fù)極對調(diào)，當(dāng)光強(qiáng)增大時，遏止電壓不變，而入射光的頻率增加時，遏止電壓卻增加，這一現(xiàn)象說明了什么？

如圖所示，把一塊不帶電的鋅板用導(dǎo)線連接在驗電器上，當(dāng)用某頻率的紫外線照射鋅板時，發(fā)現(xiàn)驗電器指針偏轉(zhuǎn)一定角度，下列說法正確的是A.驗電器帶正電，鋅板帶負(fù)電B.驗電器帶負(fù)電，鋅板也帶負(fù)電C.若改用紅光照射鋅板，驗電器

的指針一定也會偏轉(zhuǎn)D.若改用同等強(qiáng)度、頻率更高的紫外線照射鋅板，驗電器的指針也會偏轉(zhuǎn)例1√用紫外線照射鋅板，鋅板失去電子帶正電，驗電器與鋅板連接，則驗電器帶正電，A、B錯誤；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)，所以驗電器的指針不一定會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，C錯誤；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、頻率更高的紫外線照射鋅板，驗電器的指針也會偏轉(zhuǎn)，D正確。

(2024·云南省高二期末)某實驗小組用如圖所示的實驗裝置探究某金屬發(fā)生光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。當(dāng)用頻率為ν的入射光照射金屬板K時，電流表示數(shù)不為零，向右調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，直到電流表的示數(shù)剛好為零，此時電壓表的示數(shù)為Uc。則下列說法中正確的是A.實驗時電源的左端為正極B.實驗時電源的右端為正極C.若不改變?nèi)肷涔忸l率和電路，增大入射光強(qiáng)度，Uc將會變大D.調(diào)換電源的極性(同時調(diào)整電壓表)，保持光照不變，向右滑動滑片P的

過程中，電流表示數(shù)一定一直增大例2√根據(jù)題意可知，當(dāng)向右調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P時，可使電流表的示數(shù)為零，說明此時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錯誤；調(diào)換電源的極性(同時調(diào)整電壓表)，保持光照不變，向右滑動滑片P的過程中，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錯誤。返回愛因斯坦的光電效應(yīng)理論二1.光子：光本身就是由一個個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。這些能量子后來稱為

。2.愛因斯坦光電效應(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的能量被電子用來脫離金屬，剩下的是逸出后電子的

。其中Ek為光電子的

初動能。hν光子Ek+W0hν-W0hν初動能最大3.光電效應(yīng)方程對光電效應(yīng)實驗現(xiàn)象的解釋(1)只有當(dāng)hν

W0時，才有光電子逸出，νc=_____就是光電效應(yīng)的截止頻率。(2)光電子的最大初動能Ek與

有關(guān)，而與光的

無關(guān)。這就解釋了遏止電壓和光強(qiáng)無關(guān)。(3)電子

吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電流自然幾乎是瞬時產(chǎn)生的。(4)對于同種顏色(頻率ν相同)的光，光較強(qiáng)時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的

較多，因而飽和電流較

(選填“大”或“小”)。>

入射光的頻率ν強(qiáng)弱一次性光電子大愛因斯坦光電效應(yīng)方程給出了光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系。但是，很難直接測量光電子的動能，容易測量的是遏止電壓Uc，怎樣得到Uc與ν、W0的關(guān)系？思考與討論

(1)“光子”就是“光電子”的簡稱。(

)(2)逸出功的大小與入射光無關(guān)。(

)(3)光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比。(

)(4)光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度成正比。(

)(5)逸出功與截止頻率成正比。(

)×√××√

例3√

(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發(fā)生了光電效應(yīng)；移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.5V時，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，不能發(fā)生光電效應(yīng)B.光電子的最大初動能為1.5eVC.光電管陰極的逸出功為1.5eVD.開關(guān)S斷開后，無論怎么移動滑動變阻器的滑片，

電流表G的示數(shù)總為零例4√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1.5

V時，電流表G示數(shù)為零，表明遏止電壓為1.5

V，則光電子的最大初動能為Ekmax=eUc=1.5

eV，故B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程有Ekmax=hν-W0，由于光子能量為2.5

eV，結(jié)合上述解得陰極的逸出功W0=hν-Ekmax=2.5

eV-1.5

eV=1.0

eV，故C錯誤；改用光子能量為2.0

eV的光照射到光電管上時，由2.0

eV>1.0

eV可知，仍然能發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯誤；用光子能量為2.5

eV的光照射到光電管時，根據(jù)上述，光電子具有一定的初動能，當(dāng)開關(guān)S斷開后，無論怎么移動滑動變阻器的滑片，光電子均能夠達(dá)到陽極，可知電流表G的示數(shù)不為零，故D錯誤。1.光電效應(yīng)規(guī)律中的兩條線索、兩個關(guān)系(1)兩條線索：總結(jié)提升(2)兩個關(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能大。2.光電效應(yīng)的三個關(guān)系式(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=hν-W0。(2)最大初動能與遏止電壓的關(guān)系：Ek=eUc。(3)逸出功與極限頻率的關(guān)系W0=hνc?？偨Y(jié)提升返回課時對點練三考點一光電效應(yīng)現(xiàn)象及實驗規(guī)律1.(2024·洛陽市月考)如圖所示，在演示光電效應(yīng)的實驗中，某同學(xué)分別用a、b兩種單色光照射鋅板。發(fā)現(xiàn)用a光照射時與鋅板連接的驗電器的指針張開一定角度；用b光照射時與鋅板連接的驗電器的指針不動。下列說法正確的是A.增大b光的照射強(qiáng)度，驗電器的指針有可能張開一定角度B.a光在真空中的波長大于b光在真空中的波長C.a光的頻率大于b光的頻率D.若用b光照射另一種金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則用a光照射該金屬時可能不會發(fā)生光電效應(yīng)123456789101112基礎(chǔ)對點練√123456789101112入射光頻率低于截止頻率時無法產(chǎn)生光電效應(yīng)，增大b光的照射強(qiáng)度，仍不會發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯誤；根據(jù)a光照射鋅板能夠發(fā)生光電效應(yīng)可知，a光的頻率大于鋅板的極限頻率，根據(jù)b光照射鋅板不能發(fā)生光電效應(yīng)可知，b光的頻率小于鋅板的極限頻率，則a光的頻率大于b光的頻率，a光在真空中的波長小于b光在真空中的波長，故C正確，B錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)實驗規(guī)律可知，若用b光照射另一種金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則用a光照射該金屬時一定能發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯誤。2.(2023·成都市高二期末)如圖所示，用一定頻率的單色光照射光電管時，電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則

A.電源右端一定為正極B.流過電流表G的電流大小取決于入射光的頻率C.流過電流表G的電流方向是由a到bD.普朗克解釋了光電效應(yīng)并提出光子能量ε=hν123456789101112√123456789101112發(fā)生光電效應(yīng)時，電子從光電管右端運動到左端，電流的方向與電子定向移動的方向相反，所以流過電流表G的電流方向是由a到b，此時電源左端可能為正極，故A錯誤，C正確；流過電流表G的電流大小取決于入射光的強(qiáng)度，與入射光的頻率無關(guān)，故B錯誤；愛因斯坦解釋了光電效應(yīng)并提出光子能量ε=hν，故D錯誤。3.(多選)光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律中，經(jīng)典電磁理論不能解釋的有A.入射光的頻率必須大于被照金屬的截止頻率時才產(chǎn)生光電效應(yīng)B.遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，與入射光強(qiáng)度無關(guān)C.入射光照射到金屬表面上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的D.當(dāng)入射光頻率大于截止頻率時，入射光越強(qiáng)，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電

子數(shù)越多123456789101112√√√123456789101112按照經(jīng)典電磁理論，光的能量隨光的強(qiáng)度的增大而增大，與光的頻率無關(guān)，金屬中的電子，必須吸收足夠的能量后才能從其中飛出，電子有一個能量積蓄的時間，光的強(qiáng)度越大，單位時間內(nèi)輻射到金屬表面的能量越多，被電子吸收的能量自然越多，產(chǎn)生的光電子數(shù)越多，故不能解釋的為選項A、B、C。4.(2023·湛江市模擬)如圖所示為一光電管電路圖，滑動變阻器滑動觸頭P位于某點，用光照射光電管陰極，電流表指針無偏轉(zhuǎn)，要使電流表指針偏轉(zhuǎn)，可采取的措施有A.加大照射光強(qiáng)度 B.換用波長短的光照射C.將P向B端滑動 D.將電源正負(fù)極對調(diào)123456789101112√123456789101112電流表指針無偏轉(zhuǎn)，說明沒有發(fā)生光電效應(yīng)，這說明照射光頻率太低，這與光強(qiáng)、外加電壓的大小及方向均無關(guān)，可見要使指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)需增大照射光頻率，即減小照射光的波長，故B正確，A、C、D錯誤?？键c二愛因斯坦的光電效應(yīng)理論5.用波長為λ1和λ2的單色光A和B分別照射兩種金屬C和D的表面，單色光A照射兩種金屬時都能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象；單色光B照射時，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，不能使金屬D產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。設(shè)兩種金屬的逸出功分別為WC和WD，則下列選項正確的是A.λ1>λ2，WC>WD B.λ1>λ2，WC<WDC.λ1<λ2，WC>WD D.λ1<λ2，WC<WD123456789101112√123456789101112單色光A照射兩種金屬時都能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象；單色光B照射時，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，根據(jù)光電效應(yīng)產(chǎn)生條件知，單色光A的頻率大于單色光B的頻率，則λ1<λ2，單色光B照射時，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，不能使金屬D產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，知金屬C的逸出功小于金屬D的逸出功，即WC<WD，故D正確，A、B、C錯誤。

123456789101112√123456789101112

7.(2024·池州市期末)光電管是一種將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的器件，在通信、醫(yī)療、安防監(jiān)控等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。將光電管接入圖示電路中，用頻率為ν的光照射K板，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，當(dāng)靈敏電流計G的示數(shù)為0時，電壓表V的示數(shù)為U，此電壓通常也稱為遏止電壓。已知普朗克常量為h，電子電荷量為e，下列說法正確的是A.光電子從K板逸出后的初動能與遏止電壓成反比B.若增大入射光的強(qiáng)度，遏止電壓會增大C.K板材料的逸出功為hν-eUD.若僅增大入射光的頻率，使G的示數(shù)為0，則需向左調(diào)節(jié)滑片P123456789101112√123456789101112由動能定理可得-eU=0-Ekm，所以光電子從K極逸出后的最大初動能與遏止電壓U成正比，故A錯誤；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ekm=hν-W0，-eU=0-Ekm，化簡得：eU=hν-W0，遏止電壓與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故B錯誤；由eU=hν-W0，可知W0=hν-eU，故C正確；由eU=hν-W0可知，增大入射光的頻率，遏止電壓也增大，若使G的示數(shù)為0，需向右調(diào)節(jié)滑片P，故D錯誤。8.(多選)某同學(xué)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，開始時，滑動變阻器滑片c移到最右端b點。用光子能量為4.2eV的光照射到光電管上，此時電流表G有讀數(shù)。向左移動滑動變阻器的滑片c，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.5V時，電流表讀數(shù)為0，則以下說法正確的是A.光電子的最大初動能為2.7eVB.光電管陰極的逸出功為2.7eVC.當(dāng)電流表示數(shù)為零時，斷開開關(guān)，電流表示數(shù)不再為零D.將電源的正負(fù)極調(diào)換，滑動變阻器滑片從b移到a，

電流表的示數(shù)一直增大123456789101112能力綜合練√√123456789101112根據(jù)題意知遏止電壓UKA=1.5

V，則光電子的最大初動能Ek=eUKA=1.5

eV，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得W0=hν-Ek=4.2

eV-1.5

eV=2.7

eV，故A錯誤，B正確；當(dāng)電流表示數(shù)為零時，斷開開關(guān)，這時沒有反向電壓，電流表示數(shù)不為零，故C正確；將電源的正負(fù)極調(diào)換，滑動變阻器滑片從b移到a，當(dāng)光電流達(dá)到飽和電流后，電流表的示數(shù)就不再變化，故D錯誤。

123456789101112√123456789101112

10.(2023·吉安市高二月考)光電傳感器是智能技術(shù)領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵器件，而光電管又是光電傳感器的重要元件。如圖所示，某光電管K極板的逸出功W0=hν，若分別用頻率為2ν的a光和頻率為5ν的b光照射該光電管，則下列說法正確的是A.a光和b光的波長之比為2∶5B.用a光和b光分別照射該光電管，逸出光電子

的最大初動能之比為2∶5C.加反向電壓時，對應(yīng)的遏止電壓之比為1∶4D.加正向電壓時，對應(yīng)形成的飽和光電流之比為1∶4123456789101112√123456789101112

11.(2023·西安市高二月考)鋁的逸出功是4.2eV，現(xiàn)在用波長為200nm的光照射鋁的表面(h=6.63×10-34J·s，c=3.0×108m/s，計算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)，求：(1)光電子的最大初動能；