光電效應(yīng)第2節(jié)光子

1、第一節(jié)光電效應(yīng)第二節(jié)光子學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.知道什么是光電效應(yīng)現(xiàn)象2知道光電流、極限頻率、遏止電壓的概念，掌握光電效應(yīng)的實驗規(guī)律 (重點 )3理解經(jīng)典電磁理論在解釋光電效應(yīng)時的困難4知道普朗克提出的能量量子假說5理解愛因斯坦的光子說(重點、難點 )6會用光電效應(yīng)方程解釋光電效應(yīng)(重點、難點 )光電效應(yīng)、光電流及其變化先填空 1光電效應(yīng)： 金屬在光的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子稱為光電子2光電管： 光電管是由密封在玻璃殼內(nèi)的陰極和陽極組成陰極表面涂有堿金屬，容易在光的照射下發(fā)射電子3光電流： 陰極發(fā)出的光電子被陽極收集，在回路中會形成電流，稱為光電流4發(fā)生光電效應(yīng)

2、時，入射光的強(qiáng)度增大，則光電流隨之增大再判斷 第 1頁1光電子是光照射下發(fā)射出來的電子，因此光電子仍然是電子 ()2入射光的頻率較高時，會發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，光電流隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大 ( )3入射光的頻率較低時，無論光照強(qiáng)度多大，都不會發(fā)生光電效應(yīng)( )后思考 你對光電效應(yīng)中的“光”是怎樣認(rèn)識的？【提示】這里的光，可以是可見光，也可以是紫外線、X 光等1在發(fā)生光電效應(yīng)的條件下，光電流的大小或單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目由光的強(qiáng)度決定2存在著飽和電流入射光強(qiáng)度一定，單位時間內(nèi)陰極K 發(fā)射的光電子數(shù)一定入射光越強(qiáng)，飽和電流越大表明入射光越強(qiáng)，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多1(多選 )如圖 2-1-

3、1 所示，用弧光燈照射鋅板，驗電器指針張開一個角度，則下列說法中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號： 55272042】圖 2-1-1A用紫外線照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)B用紅光照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)C鋅板帶的是負(fù)電荷D鋅板帶的是正電荷【解析】將擦得很亮的鋅板與驗電器連接，用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線 )，驗電器指針張開一個角度，說明鋅板帶了電，進(jìn)一步研究表明鋅板帶正電這說明在紫外線的照射下，鋅板中有一部分自由電子從表面飛出，鋅板帶正電，選項 A 、D 正確， C 錯誤紅光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，故B 錯誤【答案】AD2當(dāng)某種單色光照射到金屬表面時，金屬表面有光電子逸出，如果光的強(qiáng)度減弱，

4、頻率不變，則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù) _第 2頁【答案】減少1光電效應(yīng)中的光包括不可見光(如：紫外線等 )2光電效應(yīng)的實質(zhì)：光現(xiàn)象電現(xiàn)象極限頻率和遏止電壓先填空 1極限頻率對于每一種金屬，只有當(dāng)入射光的頻率大于某一頻率 0 時，才會產(chǎn)生光電流， 0稱為極限頻率 (也叫截止頻率 )2遏止電壓在強(qiáng)度和頻率一定的光照射下， 當(dāng)反向電壓達(dá)到某一數(shù)值時， 光電流將會減小到零，我們把這時的電壓稱為遏止電壓 用符號 U0 表示3遏止電壓與光電子最大初動能的關(guān)系122mvmaxeU0.4經(jīng)典電磁理論解釋的局限性按照光的電磁理論，只要光足夠強(qiáng)，任何頻率的光都應(yīng)該能夠產(chǎn)生光電子，出射電子的動能也應(yīng)該由入射光的能量

5、即光強(qiáng)決定 但是實驗結(jié)果卻表明， 每種金屬都對應(yīng)有一個不同的極限頻率， 而且遏止電壓與光的頻率有關(guān)， 與光的強(qiáng)度無關(guān)再判斷 1發(fā)生光電效應(yīng)一定要用可見光()2遏止電壓與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)，與入射光的頻率有關(guān)()3光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關(guān)()后思考 在光電效應(yīng)實驗中如果入射光的頻率一定而強(qiáng)度增加，將會產(chǎn)生什么結(jié)果？如果入射光的頻率增加，又將會產(chǎn)生什么結(jié)果？【提示】當(dāng)入射光頻率高于金屬的極限頻率時，光強(qiáng)增加， 發(fā)射的光電子數(shù)增多；當(dāng)入射光頻率低于金屬的極限頻率時，無論光強(qiáng)怎么增加， 都不會有光第 3頁電子發(fā)射出來入射光的頻率增加， 發(fā)射的光電子最大初動能增大1遏止電壓隨光的頻率的增大而

6、增大，與光的強(qiáng)度無關(guān)，說明光電子的最大初動能隨光的頻率的增大而增大，與光的強(qiáng)度無關(guān)2隨反向電壓的增大，光電流逐漸減小，說明金屬中逸出的光電子的初動能是不同的，而遏止電壓對應(yīng)光電子的最大初動能3電磁理論解釋光電效應(yīng)的三個困難電磁理論認(rèn)為： 光的能量是由光的強(qiáng)度決定， 而光的強(qiáng)度又是由光波的振幅所決定的，跟頻率無關(guān)電磁理論光電效應(yīng)實驗結(jié)果按照光的波動理論， 不論入射光的頻率是如果光的頻率小于金屬的困難 1多少，只要光強(qiáng)足夠大，總可以使電子獲極限頻率，無論光強(qiáng)多大，得足夠的能量從而發(fā)生光電效應(yīng)都不能發(fā)生光電效應(yīng)光強(qiáng)越大，電子可獲得更多的能量，光電困難 2子的最大初動能也應(yīng)該越大， 遏止電壓也遏止電壓

7、與光強(qiáng)無關(guān)，與頻越大即出射電子的動能應(yīng)該由入射光的率有關(guān)能量即光強(qiáng)來決定當(dāng)入射光照射到光電管的困難 3光強(qiáng)大時，電子能量積累的時間就短，光陰極時，無論光強(qiáng)怎樣微強(qiáng)小時，能量積累的時間就長弱，幾乎瞬時就產(chǎn)生了光電子3光電效應(yīng)實驗中，下列表述正確的是()A光照時間越長光電流越大B入射光足夠強(qiáng)就可以有光電流C遏止電壓與入射光的頻率無關(guān)D入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子【解析】在光電效應(yīng)中， 若照射光的頻率小于極限頻率，無論光照時間多長，光照強(qiáng)度多大，都無光電流，當(dāng)照射光的頻率大于極限頻率時，立刻有光電子產(chǎn)生，時間間隔很小， 故 A 、B 錯誤，D 正確遏止電壓與入射光頻率有關(guān)，第 4頁即 C 錯

8、誤【答案】D4(多選 )利用光電管研究光電效應(yīng)實驗如圖2-1-2 所示，用頻率為 的可見光照射陰極 K ，電流表中有電流通過，則()【導(dǎo)學(xué)號： 55272043】圖 2-1-2A用紫外線照射，電流表一定有電流通過B用紅光照射，電流表一定無電流通過C用紅外線照射，電流表可能有電流通過D用頻率為 的可見光照射 K ，當(dāng)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【解析】因紫外線的頻率比可見光的頻率高，所以用紫外線照射時， 電流表中一定有電流通過，選項A 正確因不知陰極K 的截止頻率，所以用紅光照射時，也可能發(fā)生光電效應(yīng)，所以選項B 錯誤， C 正確即使 UAK 0，電流表中也可能有電流

9、通過，所以選項D 錯誤【答案】AC關(guān)于光電效應(yīng)的三點提醒1發(fā)生光電效應(yīng)時需滿足：照射光的頻率大于金屬的極限頻率，即 0.2光電子的最大初動能與照射光的頻率及金屬有關(guān)，而與照射光的強(qiáng)弱無關(guān)，強(qiáng)度大小決定了逸出光電子的數(shù)目多少3在一定的光照條件下， 飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)能量量子假說與光子假說先填空 1能量量子假說：物體熱輻射所發(fā)出的電磁波的能量是不連續(xù)的，只能是h的整數(shù)倍， h稱為一個能量量子，其中是輻射頻率， h 稱為普朗克常量第 5頁2普朗克常量： h 6.631034J s.3光子假說：光的能量不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子一個光子的能量為 h.4黑體： (1)能夠全

10、部吸收所有頻率的電磁輻射的理想物體絕對的黑體實際上是不存在的(2)普朗克利用能量量子化的思想和熱力學(xué)理論，才完美地解釋了黑體輻射譜再判斷 11900 年，德國物理學(xué)家普朗克首次提出了能量量子假說()21905 年，在普朗克能量量子假說的啟發(fā)下， 愛因斯坦提出了光子假說 ()3光子說中的光子就是光電子( )4能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體()后思考 1如何解釋測量一杯水溫的溫度計的溫度示數(shù)連續(xù)變化而不是一份一份的？【提示】每一份能量量子很小 (微觀量 )，溫度計示數(shù)變化1 對應(yīng)變化的能量很大 (宏觀量 )，由于溫度計的精度不夠，所以觀察到的溫度計溫度不是一份一份地變化的2黑體是指黑顏

11、色的物體嗎？【提示】黑體不是指黑顏色的物體，是指能完全吸收電磁波的物體.光電效應(yīng)方程及其解釋先填空 1逸出功：電子能脫離離子的束縛而逸出金屬表面時所需做的最小功用W0 表示122光電效應(yīng)方程： h 2mvmax W0.式中 h表示入射光子的能量， 為入射光的頻率第 6頁3光電效應(yīng)的條件：光子的能量h必須大于或至少等于逸出功W0.即W0 h .124遏止電壓對應(yīng)著光電子的最大初動能，它們的關(guān)系為eU0 2mvmax.再判斷 1同一頻率的光照射不同的金屬表面，光電子的最大初動能可能相同()2對于某種金屬， 也就是逸出功 W0 一定的情況下， 出射光電子的最大初動能只與入射光頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)弱無關(guān)

12、()3物體內(nèi)部的一個電子一般只吸收一個光子的能量()后思考 按照光的經(jīng)典電磁理論， 如果入射光很弱， 電子需要一段時間才能獲得逸出金屬表面所需的能量 而實驗表明： 無論入射光怎樣微弱， 光電效應(yīng)幾乎是瞬時的，這又如何解釋？【提示】光子的能量是一份份的 當(dāng)光照射到金屬表面時， 表面的金屬電子一次性吸收了一個光子的全部能量，不需要積累能量的時間， 所以光電子幾乎是瞬間產(chǎn)生的1光電效應(yīng)方程的理解(1)光電效應(yīng)方程Ekh W0 中， Ek 為光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時的動能大小可以是零到最大值范圍內(nèi)的任何數(shù)值(2)光電效應(yīng)方程表明，光電子的最大初動能與入射光的頻率呈線性關(guān)系(注

13、意不是正比關(guān)系 )，與光強(qiáng)無關(guān)(3) 光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件，即Ek h W00，亦即W0W0hW0， h c，而 c h 就是金屬的極限頻率(4)光電效應(yīng)方程實質(zhì)上是能量守恒方程(5)逸出功 W0：電子從金屬中逸出所需要克服原子核的束縛而消耗的能量的最小值，叫做金屬的逸出功 光電效應(yīng)中，從金屬表面逸出的電子消耗能量最少2光子說對光電效應(yīng)的解釋第 7頁(1)由于光的能量是一份一份的，那么金屬中的電子也只能一份一份地吸收光子的能量，而且這個傳遞能量的過程只能是一個光子對一個電子的行為 如果光的頻率低于極限頻率， 則光子提供給電子的能量不足以克服原子的束縛， 就不能發(fā)生光電效應(yīng)(2)

14、當(dāng)光的頻率高于極限頻率時，能量傳遞給電子以后，電子擺脫束縛要消耗一部分能量， 剩余的能量以光電子的動能形式存在，這樣光電子的最大初動能12Ek2mv maxhW0，其中 W0 為金屬的逸出功，可見光的頻率越高，電子的最12大初動能越大而遏止電壓U0 對應(yīng)著光電子的最大初動能，即eU02mvmax.所以當(dāng) W0 一定時，U0 只與入射光的頻率有關(guān)，與光照強(qiáng)弱無關(guān)(3)電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，所以光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的(4)發(fā)生光電效應(yīng)時，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與光強(qiáng)度成正比，光強(qiáng)度越大意味著單位時間內(nèi)打在金屬上的光子數(shù)越多，那么逸出的光電子數(shù)目也就越多，光電流也就越大5(多選 )已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的截止頻率為0，則()【導(dǎo)學(xué)號： 55272044】A當(dāng)用頻率為20 的單色光照射該金屬時，一定能產(chǎn)生光電子B當(dāng)用頻率為20 的單色光照射該金屬時，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能為 h0C當(dāng)照射光的頻率 大于 0時，若 增大，則逸出功增大D金屬的逸出功與照射光的頻率無關(guān)12【解析】根據(jù)截止頻率跟逸出功的關(guān)系W0 h0，光電效應(yīng)方程 2mvmh W0，判斷 A 、 B、D 正確【答案】 ABD76紫光在真空中的波長為4.510m，問：(1)紫光光子的能量是多少？(2)用它照射極限頻率為04.621014 Hz