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4.2 光電效應
【學習目標】(2min)
1.知道光電效應中截止頻率的概念及光電效應與光的電磁理論的矛盾．
2．掌握愛因斯坦光電效應方程并會用它來解決簡單問題．
3．了解康普頓效應及其意義．了解光的波粒二象性.
【任務1】 課前預習（10min）
一、光電效應及其實驗規律
1．光電效應：照射到金屬表面的光，能使金屬中的 從表面逸出。這個現象稱為光電效應。
2．光電子：光電效應中發射出來的 ，帶 電。
3．光電效應的實驗規律
(1)存在截止頻率νc：當入射光的頻率 截止頻率時不發生光電效應。
不同金屬的截止頻率 。換句話說，截止頻率與金屬 有關。
(2)存在著 電流：在光的頻率不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大。這表明對于一定顏色的光，入射光越強，單位時間內發射的光電子數越多。
(3)存在遏止電壓：使光電流減小到0的反向電壓Uc稱為遏止電壓。
遏止電壓的存在意味著光電子具有一定的 。同一種金屬對于一定頻率的光，無論光的強弱如何，遏止電壓都是一樣的。
(4)光電效應具有瞬時性：當頻率超過截止頻率νc時，無論入射光怎樣微弱，照到金屬時會 產生光電流。精確測量表明產生電流的時間很快，即光電效應幾乎是 發生的。
4．逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的 。不同金屬的逸出功 。
二、愛因斯坦的光電效應理論
1．光子：光不僅在發射和吸收時能量是一份一份的，而且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hν，這些能量子被稱為 。
2．愛因斯坦的光電效應方程
(1)表達式：Ek＝ －W0。Ek為光電子的 。
(2)遏止電壓物Uc與入射光頻率ν的關系：Uc= 。
【任務2】 探究一、光電效應現象的理解(15min)
一驗電器與鋅板相連，如圖所示，用一紫外線燈照射鋅板，關燈后，驗電器指針保持一定偏角．試探究：
(1)現用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸，則驗電器指針偏角將怎樣變化？
(2)使驗電器指針回到零，再用相同強度的鈉燈發出的黃光照射鋅板，驗電器指針無偏轉．那么，若改用強度更大的紅外線燈照射鋅板可觀察到驗電器指針如何偏轉？
[例1]　利用光電管研究光電效應實驗如圖所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則(　 　)
A．用紫外線照射，電流表中一定有電流通過
B．用紅光照射，電流表中一定無電流通過
C．用紅外線照射，電流表中一定無電流通過
D．用頻率為ν的可見光照射K，當滑動變阻器的滑動觸頭移到A端時，電流表中一定無電流通過
【任務3】 探究二、光電效應方程和規律(15min)
光電效應是物理學中一個重要而神奇的現象，在光的照射下，某些物質內部的電子會被光子激發出來而形成電流，即光生電．光電現象由德國物理學家赫茲于1887年發現，而正確的解釋為愛因斯坦所提出．科學家們對光電效應的深入研究對發展量子理論起了根本性的作用．光電效應在現代科技中有哪些應用呢？
[例2]　用波長為λ的光照射金屬的表面時，遏止電壓為某個值；當光的波長改變為原波長的后，已查明遏止電壓必須增大到原值的η倍，試計算原入射光的波長λ.(已知該金屬的逸出功為W0)
【任務4】 探究三、康普頓效應和光的波粒二象性(5min)
太陽光從小孔射入室內時，我們從側面可以看到這束光；白天的天空各處都是亮的；宇航員在太空中會發現盡管太陽光耀眼刺目，其他方向的天空卻是黑的，為什么？
　
[例3]　(多選)關于光的粒子性、波動性和波粒二象性，下列說法正確的是(　　)
A．光子說的確立完全否定了波動說
B．光電效應說明光具有波動性
C．光的波動說和粒子說都有其正確性，但又都是不完善的，都有其不能解釋的實驗現象
D．光的波粒二象性才是對光的本性的正確認識
達標檢測(15min)
1．當用一束紫外線照射鋅板時，產生了光電效應，這時(　　)
A．鋅板帶負電
B．有正離子從鋅板逸出
C．有電子從鋅板逸出
D．鋅板會吸附空氣中的正離子
2．(多選)現用某一光電管進行光電效應實驗，當用某一頻率的光入射時，有光電流產生．下列說法正確的是(　　)
A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大
B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大
C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大
D．保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產生
3．(多選)下列關于光的波粒二象性的說法中，正確的是(　　)
A．大量光子產生的效果往往顯示出波動性，個別光子產生的效果往往顯示出粒子性
B．頻率越大的光其粒子性越顯著，頻率越小的光其波動性越顯著
C．光在傳播時往往表現出波動性，光在跟物質相互作用時往往表現出粒子性
D．光不可能同時具有波動性和粒子性
4．某光電管的陰極是用金屬鉀制成的，它的逸出功為2.21 eV，用波長為2.5×10－7 m的紫外線照射陰極，已知真空中光速為3.0×108 m/s，元電荷為1.6×10－19 C，普朗克常量為6.63×10－34 J·s.求得鉀的極限頻率和該光電管發射的光電子的最大初動能應分別是(　　)
A．5.3×1034 Hz,2.2 J
B．5.3×1014 Hz,4.4×10－19 J
C．3.3×1033 Hz,2.2 J
D．3.3×1033 Hz,4.4×10－19 J
5．用波長為2.0×10－7 m的紫外線照射鎢的表面，釋放出來的光電子中最大的初動能是4.7×10－19 J。由此可知，鎢的極限頻率是(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)(　　)
A．5.5×1014 Hz B．7.9×1014 Hz C．9.8×1014 Hz D．1.2×1015 Hz
6．如圖所示，用光子能量為2.75 eV的光照射到光電管上時發生了光電效應，電流表的示數不為零；移動滑動變阻器的滑片，當電壓表的示數大于或等于1.7 V時，電流表示數為0。
(1)光電子的最大初動能是多少？遏止電壓為多少？
(2)光電管陰極的逸出功又是多少？
(3)當滑片向a端滑動時，光電流變大還是變小？
(4)當入射光的頻率增大時，光電子最大初動能如何變化？遏止電壓呢？

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