資源簡介

(共29張PPT)
6.1　光電效應及其解釋
1.知道什么是光電效應及其實驗現象．　
2.知道光子說和愛因斯坦光電效應方程，能夠利用它解釋光電效應實驗現象．　
3.了解光電效應的應用．　
4.了解光的波粒二象性，了解光是一種概率波．
學習目標
知識點一　光電效應
1．光電效應現象：在物理學中，在光的照射下電子從物體表面逸出的現象．
2．光電效應的實驗規律
(1)發生的條件：每一種金屬對應一種光的最小頻率，又稱極限頻率．只有當光的頻率大于或等于這個最小頻率時，才會產生光電效應．當光的頻率小于這個最小頻率時，即使增加光的強度或照射時間，也不能產生光電效應．
(2)與光的強度的關系：產生光電效應時，光的強度越大，單位時間內逸出的電子數越多．
(3)發生光電效應所需的時間：從光照射到金屬表面至產生光電效應的時間間隔很短，通常可在10－9 s內發生光電效應．
1．光子說：看似連續的光實際上是由個數有限、分立于空間各點的光子組成的，每一個光子的能量為hν．光在發射和吸收時能量是一份一份的．
2．光電效應方程
(1)表達式：hν＝W＋mv2．
(2)物理意義：金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量一部分用于從金屬表面逸出時做功，剩下的表現為電子逸出后的最大初動能．
知識點二　光電效應的解釋
1．光電開關．
2．光電成像．
3．光電池．
知識點三　光電效應的應用
1．光的本性：光子既有粒子的特征，又有波動的特征，即光具有波粒二象性．
2．光是一種電磁波．
3．當光的波長較長時，光在傳播過程中波動性明顯；當光的波長較短時，光子與粒子相互作用時，粒子性明顯．
知識點四　光的波粒二象性
[情景導學]
如圖所示，把一塊鋅板連接在驗電器上，用紫外線燈照射鋅板，觀察到驗電器的指針發生了變化，這說明鋅板帶了電．你知道鋅板是怎樣帶上電的嗎？
提示：鋅板在紫外線燈的照射下
發生了光電效應，發射出光電子，
因此鋅板會顯示正電性，驗電器
會因帶正電荷而使金屬箔片張開
一定角度．
考點探究一 光譜和光譜分析
1．認識幾個概念
(1)光子與光電子
光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電，光電子是金屬表面受到光照射時發射出來的電子，其本質是電子，光子是光電效應的因，光電子是果．
(2)光電子的動能與光電子的最大初動能
光照射到金屬表面時，光子的能量全部被電子吸收，電子吸收了光子的能量，可能向各個方向運動，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能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初動能．光電子的初動能小于或等于光電子的最大初動能．
(3)光子的能量與入射光的強度
光子的能量即每個光子的能量，其值為ε＝hν(ν為光子的頻率)，其大小由光的頻率決定．入射光的強度指單位時間內照射到金屬表面單位面積上的總能量，入射光的強度等于單位時間內光子能量與入射光子數的乘積．
(4)光電流與飽和光電流
金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關．
(5)光的強度與飽和光電流
飽和光電流與入射光強度成正比的規律是對頻率相同的光照射金屬產生光電效應而言的，對于不同頻率的光，由于每個光子的能量不同，飽和光電流與入射光強度之間不是簡單的正比關系．
【例1】如圖所示為一光電管電路圖，滑動變阻器滑動觸頭P位于上某點，用光照射光電管陰極，電表無偏轉，要使電表指針偏轉，可采取的措施有(　　)
A．加大照射光強度
B．換用波長短的光照射
C．將P向B滑動
D．將電源正負極對調
解析：由光電管電路圖可知陰極K電勢低，陽極A電勢高，如果K極有電子飛出，則電子受到的電場力必向左，即將向左加速，然而現在G中電表指針無偏轉，說明沒有發生光電效應，這僅能說明照射光頻率太低，這與光強、外加電壓的大小及方向均無關，可見要使指針發生偏轉需增大照射光頻率，即減小照射光的波長，故B正確，A、C、D錯誤．
答案：B
規律方法——關于光電效應的兩點提醒
(1)發生光電效應時需滿足：照射光的頻率大于金屬的極限頻率，即ν＞νc，或光子的能量ε＞W0．
(2)光電子的最大初動能只與照射光的頻率及金屬的逸出功有關，而與照射光的強弱無關，強度大小決定了逸出光電子的數目多少．
[情景導學]
如圖所示，取一塊鋅板，用砂紙將其一面擦一遍，去掉表面的氧化層，連接在驗電器上(弧光燈發射紫外線)．
(1)用弧光燈照射鋅板，看到的現象是什么？
(2)在弧光燈和鋅板之間插入一塊普通玻璃板，再用弧光燈照射，看到的現象是什么？ 為什么？
(3)撤去弧光燈，換用白熾燈發出
的強光照射鋅板，并且照射較長
時間，看到的現象是什么？ 為什么？
考點探究二 對光電效應方程的理解與應用
提示：(1)驗電器張開．　
(2)驗電器不張開 ，紫外線不能透過玻璃．
(3)驗電器不張開，紫外線照射可以產生光電效應現象，白光不可以．
1．對光電效應方程Ek＝hν－W0的理解
(1)式中的Ek是光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時剩余動能大小可以是0～Ek范圍內的任何數值．
(2)光電效應方程實質上是能量守恒方程
能量為E＝hν的光子被電子所吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引，另一部分就是電子離開金屬表面時的動能．如果克服吸引力做功最少為W0，則電子離開金屬表面時動能最大為Ek，根據能量守恒定律可知：Ek＝hν－W．
(3)光電效應方程包含了產生光電效應的條件
若發生光電效應，則光電子的最大初動能必須大于零，即Ek＝hν－W>0，亦即hν＞W，ν＞＝νc，而νc＝恰好是光電效應的極限頻率．
(4)Ekm －ν圖線：如圖所示是光電子最大初動能Ekm隨入射光頻率ν的變化圖線．
這里，橫軸上的截距是極限頻率；
縱軸上的截距是逸出功的負值；
斜率為普朗克常量．
2．光電效應規律中的兩條線索、兩個關系
(1)兩條線索
(2)兩個關系
光強→光子數目多→發射光電子多→光電流大；
光子頻率高→光子能量大→產生光電子的最大初動能大．
【例2】在研究光電效應現象時，先后用兩種不同色光照射同一光電管，所得的光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關系曲線如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．色光乙的頻率小、光強大
B．色光乙的頻率大、光強大
C．若色光乙的強度減為原來的一半，
無論電壓多大，色光乙產生的光電流
一定比色光甲產生的光電流小
D．若另一光電管所加的正向電壓不變，色光甲能產生光電流，則色光乙一定能產生光電流
解析：由題中圖像可得用色光乙照射光電管時遏止電壓大，使其逸出的光電子最大初動能大，所以色光乙的頻率大，光子的能量大．由題中圖像可知，色光甲的飽和光電流大于色光乙的飽和光電流，故色光甲的光強大于色光乙的光強，A、B錯誤；如果使色光乙的強度減半，則只是色光乙的飽和光電流減半，在特定的電壓下，色光乙產生的光電流不一定比色光甲產生的光電流小，C錯誤；因色光乙的頻率大于色光甲的，故另一個光電管加一定的正向電壓，如果色光甲能使該光電管產生光電流，則色光乙一定能使該光電管產生光電流，D正確．
答案：D
規律方法
(1)極限頻率為νc的光照射金屬對應逸出電子的最大初動能為零，逸出功W＝hνc.
(2)某種金屬的逸出功是一定值，隨入射光頻率的增大，光電子的最大初動能增大，但光電子的最大初動能與入射光的頻率不成正比.
1．(多選)光電效應實驗的裝置如圖所示，則下列說法正確的是(　　)
A．用紫外線照射鋅板，驗電器指針會發生偏轉
B．用紅色光照射鋅板，驗電器指針會發生偏轉
C．鋅板帶的是負電荷
D．使驗電器指針發生偏轉的是正電荷
隨堂檢測
解析：鋅板連接驗電器，在紫外光的照射下，鋅板中有一部分自由電子從表面飛出來，鋅板中缺少電子，于是帶正電，則驗電器也帶正電并且指針發生偏轉，故A、D正確，C錯誤；紅光不能使鋅板發生光電效應，B錯誤．
答案： AD
2．光照在某金屬表面上發生了光電效應．若只減弱光的強度，而保持頻率不變，則(　　)
A．有可能不發生光電效應
B．該金屬可能帶負電
C．單位時間內從金屬表面逸出的光電子數將減少
D．從光照射到金屬表面到有光電子逸出的時間明顯增加
解析：入射光照射到某金屬表面上發生光電效應，若入射光的強度減弱，頻率保持不變，可知仍然可以發生光電效應，A錯誤；該金屬發生光電效應，向外發射光電子，故一定帶正電，B錯誤；入射光的強度減弱，則單位時間內入射光的光子數減少，單位時間內從金屬表面逸出的光電子數將減少，C正確；發生光電效應的時間與光的強度無關，D錯誤．
答案： BC
3．(多選)下面關于光的波粒二象性的說法正確的是(　　)
A．光電效應現象說明光具有波粒二象性
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．光不可能同時既具有波動性，又具有粒子性
解析：光電效應現象說明光具有粒子性，選項A錯誤；在光的波粒二象性中，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，選項B正確；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，選項C正確；光的波粒二象性是指光有時表現為波動性，有時表現為粒子性，二者是統一的，選項D錯誤．
答案： BC

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