资源简介

(共29张PPT)
6.1　光电效应及其解释
1.知道什么是光电效应及其实验现象．　
2.知道光子说和爱因斯坦光电效应方程，能够利用它解释光电效应实验现象．　
3.了解光电效应的应用．　
4.了解光的波粒二象性，了解光是一种概率波．
学习目标
知识点一　光电效应
1．光电效应现象：在物理学中，在光的照射下电子从物体表面逸出的现象．
2．光电效应的实验规律
(1)发生的条件：每一种金属对应一种光的最小频率，又称极限频率．只有当光的频率大于或等于这个最小频率时，才会产生光电效应．当光的频率小于这个最小频率时，即使增加光的强度或照射时间，也不能产生光电效应．
(2)与光的强度的关系：产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多．
(3)发生光电效应所需的时间：从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔很短，通常可在10－9 s内发生光电效应．
1．光子说：看似连续的光实际上是由个数有限、分立于空间各点的光子组成的，每一个光子的能量为hν．光在发射和吸收时能量是一份一份的．
2．光电效应方程
(1)表达式：hν＝W＋mv2．
(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于从金属表面逸出时做功，剩下的表现为电子逸出后的最大初动能．
知识点二　光电效应的解释
1．光电开关．
2．光电成像．
3．光电池．
知识点三　光电效应的应用
1．光的本性：光子既有粒子的特征，又有波动的特征，即光具有波粒二象性．
2．光是一种电磁波．
3．当光的波长较长时，光在传播过程中波动性明显；当光的波长较短时，光子与粒子相互作用时，粒子性明显．
知识点四　光的波粒二象性
[情景导学]
如图所示，把一块锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，观察到验电器的指针发生了变化，这说明锌板带了电．你知道锌板是怎样带上电的吗？
提示：锌板在紫外线灯的照射下
发生了光电效应，发射出光电子，
因此锌板会显示正电性，验电器
会因带正电荷而使金属箔片张开
一定角度．
考点探究一 光谱和光谱分析
1．认识几个概念
(1)光子与光电子
光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果．
(2)光电子的动能与光电子的最大初动能
光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能．光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能．
(3)光子的能量与入射光的强度
光子的能量即每个光子的能量，其值为ε＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定．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总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积．
(4)光电流与饱和光电流
金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．
(5)光的强度与饱和光电流
饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间不是简单的正比关系．
【例1】如图所示为一光电管电路图，滑动变阻器滑动触头P位于上某点，用光照射光电管阴极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可采取的措施有(　　)
A．加大照射光强度
B．换用波长短的光照射
C．将P向B滑动
D．将电源正负极对调
解析：由光电管电路图可知阴极K电势低，阳极A电势高，如果K极有电子飞出，则电子受到的电场力必向左，即将向左加速，然而现在G中电表指针无偏转，说明没有发生光电效应，这仅能说明照射光频率太低，这与光强、外加电压的大小及方向均无关，可见要使指针发生偏转需增大照射光频率，即减小照射光的波长，故B正确，A、C、D错误．
答案：B
规律方法——关于光电效应的两点提醒
(1)发生光电效应时需满足：照射光的频率大于金属的极限频率，即ν＞νc，或光子的能量ε＞W0．
(2)光电子的最大初动能只与照射光的频率及金属的逸出功有关，而与照射光的强弱无关，强度大小决定了逸出光电子的数目多少．
[情景导学]
如图所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯发射紫外线)．
(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象是什么？
(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象是什么？ 为什么？
(3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出
的强光照射锌板，并且照射较长
时间，看到的现象是什么？ 为什么？
考点探究二 对光电效应方程的理解与应用
提示：(1)验电器张开．　
(2)验电器不张开 ，紫外线不能透过玻璃．
(3)验电器不张开，紫外线照射可以产生光电效应现象，白光不可以．
1．对光电效应方程Ek＝hν－W0的理解
(1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值．
(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程
能量为E＝hν的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W．
(3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件
若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hν－W>0，亦即hν＞W，ν＞＝νc，而νc＝恰好是光电效应的极限频率．
(4)Ekm －ν图线：如图所示是光电子最大初动能Ekm随入射光频率ν的变化图线．
这里，横轴上的截距是极限频率；
纵轴上的截距是逸出功的负值；
斜率为普朗克常量．
2．光电效应规律中的两条线索、两个关系
(1)两条线索
(2)两个关系
光强→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．
【例2】在研究光电效应现象时，先后用两种不同色光照射同一光电管，所得的光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．色光乙的频率小、光强大
B．色光乙的频率大、光强大
C．若色光乙的强度减为原来的一半，
无论电压多大，色光乙产生的光电流
一定比色光甲产生的光电流小
D．若另一光电管所加的正向电压不变，色光甲能产生光电流，则色光乙一定能产生光电流
解析：由题中图像可得用色光乙照射光电管时遏止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大，所以色光乙的频率大，光子的能量大．由题中图像可知，色光甲的饱和光电流大于色光乙的饱和光电流，故色光甲的光强大于色光乙的光强，A、B错误；如果使色光乙的强度减半，则只是色光乙的饱和光电流减半，在特定的电压下，色光乙产生的光电流不一定比色光甲产生的光电流小，C错误；因色光乙的频率大于色光甲的，故另一个光电管加一定的正向电压，如果色光甲能使该光电管产生光电流，则色光乙一定能使该光电管产生光电流，D正确．
答案：D
规律方法
(1)极限频率为νc的光照射金属对应逸出电子的最大初动能为零，逸出功W＝hνc.
(2)某种金属的逸出功是一定值，随入射光频率的增大，光电子的最大初动能增大，但光电子的最大初动能与入射光的频率不成正比.
1．(多选)光电效应实验的装置如图所示，则下列说法正确的是(　　)
A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转
B．用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转
C．锌板带的是负电荷
D．使验电器指针发生偏转的是正电荷
随堂检测
解析：锌板连接验电器，在紫外光的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，则验电器也带正电并且指针发生偏转，故A、D正确，C错误；红光不能使锌板发生光电效应，B错误．
答案： AD
2．光照在某金属表面上发生了光电效应．若只减弱光的强度，而保持频率不变，则(　　)
A．有可能不发生光电效应
B．该金属可能带负电
C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少
D．从光照射到金属表面到有光电子逸出的时间明显增加
解析：入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，频率保持不变，可知仍然可以发生光电效应，A错误；该金属发生光电效应，向外发射光电子，故一定带正电，B错误；入射光的强度减弱，则单位时间内入射光的光子数减少，单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少，C正确；发生光电效应的时间与光的强度无关，D错误．
答案： BC
3．(多选)下面关于光的波粒二象性的说法正确的是(　　)
A．光电效应现象说明光具有波粒二象性
B．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著
C．光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性
D．光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性
解析：光电效应现象说明光具有粒子性，选项A错误；在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，选项B正确；光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，选项C正确；光的波粒二象性是指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，二者是统一的，选项D错误．
答案： BC

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