第1節(jié)光電效應(yīng)第2節(jié)光子

1、知識脈絡(luò)第一節(jié)光電效應(yīng)第二節(jié)光子學(xué)習(xí)目標(biāo)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(shí)驗(yàn)規(guī)律.（重點(diǎn)）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(diǎn)、難點(diǎn)）6. 會用光電效應(yīng)方程解釋光電效應(yīng).（重點(diǎn)、難點(diǎn)）第 10 頁光電效應(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

2、中會形成電流，稱為光 電流.4. 發(fā)生光電效應(yīng)時，入射光的強(qiáng)度增大，則光電流隨之增 _再判斷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.（V）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.（V）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).（V） 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

3、.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. 侈選）如圖2-1-1所示，用弧光燈照射鋅板，驗(yàn)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(yàn)電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)B. 用紅光照射鋅板，驗(yàn)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(yàn)電器連接，用弧光燈照射鋅板（弧光燈發(fā)出紫外線），驗(yàn)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(xiàng)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

4、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，頻率不變，則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù) .【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(shí)質(zhì)：光現(xiàn)象一電現(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V時，才會產(chǎn)生光電流，V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 Uo表示.3. 遏止電壓與光電子最大初動能的關(guān)系1 22mvmax eUo.4. 經(jīng)典電磁理論解釋的

5、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)該由入射光的能量即光強(qiáng)決定.但是實(shí)驗(yàn)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.（X ）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).（V）3光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關(guān).（V）后思考在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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

6、率時， 無論光強(qiáng)怎么增加，都不會有光 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(shí)驗(yàn)結(jié)果困難1按照光的波動理論，不論入射光的頻率是 多少，只要光強(qiáng)足夠大，總可以使電子獲 得足夠的能量從而發(fā)生光電效應(yīng)如果光的頻

7、率小于金屬的 極限頻率，無論光強(qiáng)多大， 都不能發(fā)生光電效應(yīng)困難2光強(qiáng)越大，電子可獲得更多的能量，光電 子的取大初動能也應(yīng)該越大，遏止電壓也 越大.即出射電子的動能應(yīng)該由入射光的 能量即光強(qiáng)來決定遏止電壓與光強(qiáng)無關(guān)，與頻率有關(guān)困難3光強(qiáng)大時，電子能量積累的時間就短，光 強(qiáng)小時，能量積累的時間就長當(dāng)入射光照射到光電管的 陰極時，無論光強(qiáng)怎樣微 弱，幾乎瞬時就產(chǎn)生了光電 子3. 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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，

8、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 v有關(guān), 即C錯誤.【答案】D4. 侈選）利用光電管研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)如圖 2-1-2所示，用頻率為v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v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

9、時，電流表中一定有電流通過，選項(xiàng) 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(xiàng) B錯誤，C正確即使Uak = 0,電流表 中也可能有電流通過，所以選項(xiàng) D錯誤.【答案】AC關(guān)于光電效應(yīng)的三點(diǎn)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v>v.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).知1識點(diǎn)'(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 hv的整數(shù)倍,hv稱為一個能量量子，其中v是輻

10、射頻率,h稱為普朗克常量.2.普朗克常量：h= 6.63X 10_34 Js：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尸hv4. 黑體：(1)能夠全部吸收所有頻率的電磁輻射的理想物體.絕對的黑體實(shí) 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1. 1900年，德國物理學(xué)家普朗克首次提出了能量量子假說.（V）2.1905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.（V）3光子說中的光子就是光電子.（X ）4能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體.（V）后思考1 如何解釋測量一杯水

11、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?。ㄎ⒂^量），溫度計示數(shù)變化1 C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.1 22 .光電效應(yīng)方程：h尸2mvmax+ W0.式中h v表示入射光子的能量，v為入射光的頻率.3. 光電效應(yīng)的條件：光子的能量 尸h v必須大于或至少等于逸出功 W0.即W04. 遏止電壓對應(yīng)著光電子的最大初動能，它們

12、的關(guān)系為eU0= mvmax.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.（X）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).(V)3 物體內(nèi)部的一個電子一般只吸收一個光子的能量.(V)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(shí)驗(yàn)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.

13、 光電效應(yīng)方程的理解(1) 光電效應(yīng)方程Ek = hbWo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v呈線性關(guān)系(注意不是正比關(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 = hv Wo>0，亦即h V>Wd， 2晉=卩 而晉就是金屬的極限頻率.(4) 光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程.(5) 逸出功Wb: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.

14、 光子說對光電效應(yīng)的解釋(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) 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1 2Ek = 2mvmax= hv Wo,其中 W為金屬的逸出功，可見光的頻率越高，電子的最1 2大初動能越大.而遏止電壓 Uo對應(yīng)著光電子的最大初動能，即eUo = qmvmax.所以當(dāng)Wo一定時，Uo只

15、與入射光的頻率v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v，則()【導(dǎo)學(xué)號：55272044】A. 當(dāng)用頻率為2v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2v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h vC. 當(dāng)照射光的頻率v大于v時，若V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)1 2【解析】根據(jù)截止頻率跟逸出功的關(guān)系 W0= hv，光電效應(yīng)方程尹vm = h vW0,判斷A、B、D正確.【答案】ABD6. 紫光在真空中的波長為4.5X107m,問：(1) 紫光光子的能量是多少？(2) 用它照射極限頻率為 v = 4.62X 1014 Hz的金屬鉀時能否產(chǎn)生光電效應(yīng)？(3) 若能產(chǎn)生，則光電子的最大初動能為多少？(h= 6.63X 1