2018版高中物理第四章波粒二象性4.2光电效应与光量子假说导学案教科版选修3

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1、2 光电效应与光量子假说[目标定位] 1.知道光电效应现象,能说出光电效应的实验规律.2.能用爱因斯坦光电效应方程对光电效应作出解释,会用光电效应方程解决一些简单的问题.一、光电效应1.光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出的现象.2.光电子:光电效应中发射出来的电子.3.光电效应的实验规律(1)对于给定的光电阴极材料,都存在一个截止频率ν0,只有超过截止频率ν0的光,才能引起光电效应.(2)光电流的大小由光强决定,光强愈大,光电流愈大.(3)光电子的最大初动能与入射光的频率成线性

2、关系.(4)光电效应具有瞬时性:光电效应中产生电流的时间不超过10-9s.想一想 紫外线灯照射锌板,为什么与锌板相连的验电器指针张开一个角度?答案 紫外线灯照射锌板,发生光电效应现象,锌板上的电子飞出锌板,使锌板带正电,与锌板相连的验电器也会因而带正电,使得验电器指针张开一个角度.二、爱因斯坦的光电效应方程1.光子说:光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,这些能量子被称为光子,频率为ν的光的能量子为hν.2.爱因斯坦光电效应方程的表达式:hν=mv2+A.其中A为电子从金属内逸出表面时所需做的功

3、.想一想 怎样从能量守恒角度理解爱因斯坦光电效应方程?答案 爱因斯坦光电效应方程中的hν是入射光子的能量,逸出功A是光子飞出金属表面消耗的能量,mv2是光子的最大初动能,因此爱因斯坦光电效应方程符合能量的转化与守恒定律.预习完成后,请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、光电效应现象1.光电效应的实质:光现象电现象.2.光电效应中的光包括不可见光和可见光.3.光电子:光电效应中发射出来的光电子,其本质还是电子.【例1】 一验电器与锌板相连(如图1所示),用一紫外线灯照射锌板,关灯后,

4、验电器指针保持一定偏角.图1(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触,则验电器指针偏角将________(填“增大”、“减小”或“不变”).(2)使验电器指针回到零,再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板,验电器指针无偏转.那么,若改用强度更大的红外线灯照射锌板,可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转.答案 (1)减小 (2)无解析 当用紫外线灯照射锌板时,锌板发生光电效应,锌板放出光电子而带上正电,此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电,故指针发生了偏转.当带负电的小球与锌板接触后

5、,中和了一部分正电荷,从而使验电器的指针偏角减小.使验电器指针回到零,用钠灯发出的黄光照射锌板,验电器指针无偏转,说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率,而红外光比黄光的频率还要低,更不可能使锌板发生光电效应.能否发生光电效应与入射光的强弱无关.二、光电效应的实验规律1.对光电效应的理解(1)入射光的强度:指单位时间内照射到金属表面单位面积上的光子的总能量,是由入射光子数和入射光子的频率决定的.可用P=nhν表示,其中n为单位时间内的光子数.(2)在入射光频率不变的情况下,光的强度与单位时间内照射

6、到金属表面上单位面积的光子数成正比.(3)对于不同频率的入射光,即使光的强度相等,在单位时间内照射到金属单位面积的光子数也不相同,从金属表面逸出的光电子数不同,形成的光电流不同.(4)饱和光电流:指光电流的最大值(即饱和值),在光电流未达到最大值之前,因光电子尚未全部形成光电流,所以光电流的大小不仅与入射光的强度有关,还与光电管两极间的电压有关,电压越大,被吸引变成光电流的光电子越多.(5)饱和光电流与入射光的强度成正比:在入射光频率不变的情况下,光电流的最大值与入射光的强度成正比.原因是在高电压下

7、光电子个数决定了光电流大小,而电子个数决定于入射光强度.“频率高,光子能量大,光就强,产生的光电流也强”、“光电子的初动能大,电子跑得快,光电流就强”等说法均是错误的.总之,在理解光电效应规律时应特别注意以下几个关系:照射光频率照射光强度单位时间内发射出来的电子数2.爱因斯坦对光电效应的解释(1)饱和光电流与光强关系光越强,包含的光子数越多,照射金属时产生的光电子越多,因而饱和光电流越大,所以,入射光频率一定时,饱和光电流与光强成正比.(2)存在截止频率和遏止电压爱因斯坦的光电效应方程表明光电子的初

8、动能与入射光频率成线性关系,与光强无关,所以遏止电压由入射光频率决定,与光强无关.光电效应方程同时表明,只有hν>A0时,才有光电子逸出,ν0=就是光电效应的截止频率.(3)光电效应具有瞬时性电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积累能量的时间,所以光电效应几乎是瞬时发生的.【例2】 利用光电管研究光电效应实验如图2所示,用频率为ν的可见光照射阴极K,电流表中有电流通过,则(  )图2A.用紫外线照射,电流表不一定有电流通过B.用红光照射,电流表一定无电流通过C.用频率

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