2022-2023學年粵教版（2019）選擇性必修第三冊 4.1光電效應 課件（31張PPT）

第四章

波粒二象性第一節(jié)

光電效應粵教版（2019）高中物理選擇性必修第三冊一、光電效應19世紀80年代，人們發(fā)現(xiàn)某些金屬材料在光的照射下會帶電。例如，把鋅片放在紫外線下照射，用驗電器檢驗鋅片，可以發(fā)現(xiàn)鋅片帶正電。后來人們明白，這是由于鋅片在紫外線的照射下發(fā)射電子的緣故。這種金屬在光的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象被稱為光電效應，發(fā)射出來的電子被稱為光電子。這看似簡單的現(xiàn)象，卻引發(fā)了物理學思想上的一次飛躍，也成就了光電技術(shù)在各領(lǐng)域的廣泛應用。光電管是利用光電效應制成的一種常見的光電器件，它可以把光信號轉(zhuǎn)變成電信號。光電管主要由密封在真空玻璃殼內(nèi)的陰極和陽極組成，如圖4-1-1(a)所示。陰極表面通常涂有堿金屬，如鋰、銫等。堿金屬對電子的束縛能力比較弱，所以比較容易在光的照射下發(fā)射電子。如圖4-1-1(b)所示，陰極發(fā)射的光電子受到正向電壓U加速，被陽極收集，在回路中形成電流，稱為光電流。這樣，光電管就把光信號變成電信號。二、光電效應的實驗規(guī)律【實驗·探究】如左圖所示為光電效應演示器。利用該演示器可以探究入射光強度、頻率和光照時長對光電流的影響。如右圖所示，在光電管上加正向電壓，入射光強度可以通過改變光罩上出射孔的數(shù)目或大小來改變，入射光的頻率可以用不同的濾色片來改變，電源加在陽極A與陰極K之間的電壓大小可以調(diào)整。注意觀察不同入射光強度、頻率和光照時長對應的光電流大小。【實驗·總結(jié)】實驗發(fā)現(xiàn)，在光照條件不變的情況下，光電流的大小隨著正向電壓的增大而增大，當正向電壓增加到一定值時，光電流大小不再變化，達到飽和。飽和電流的大小與入射光的強度成正比。實驗中也出現(xiàn)了一個“奇怪”的現(xiàn)象，當入射光的頻率比較低時，無論入射光強度多么大，照射時間多么長，光電管都沒有光電流產(chǎn)生。事實上，對于每一種金屬，只有當入射光頻率大于某一頻率v0時，才會產(chǎn)生光電流。我們將這個頻率稱為截止頻率，其對應的波長稱為截止波長。表4-1-1給出了部分金屬的截止頻率和截止波長。表4-1-1-些金屬的截止頻率和截止波長。材料銫Cs鈉Na鋅Zn銀Ag鉑Pt截止頻率/（×1014Hz）4.555.568.0711.5315.29截止波長/nm660540372260190【理論·探究】光電管陰極射出的光電子具有一定的動能。為了測量光電子的動能，可以在光電管的兩個電極上加上反向電壓，如圖所示，調(diào)節(jié)反向電壓的大小可阻止光電子到達陽極。在強度和頻率一定的光照射下，回路中的光電流將會隨著反向電壓的增加而減小，并且當反向電壓達到某一數(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Uc表示。【總結(jié)】光電子到達陽極要克服反向電場力所做的功W=eUc式中e為電子的電荷。如果光電子到達陽極的速度剛好為零，根據(jù)能量守恒定律，則光電子出射時的最大初動能

【總結(jié)】1.存在截止頻率①定義：當入射光的頻率減小到某一數(shù)值vc時，光電流消失，這表明已經(jīng)沒有光電子了。vc稱為截止頻率或極限頻率。②特點：當入射光的頻率低于金屬的截止頻率時，不發(fā)生光電效應。③影響因素：截止頻率與金屬自身的性質(zhì)有關(guān)，不同金屬的截止頻率不同。2.存在飽和電流①現(xiàn)象：在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流趨于一個飽和值。②原因：在一定的光照條件下，單位時間內(nèi)陰極K發(fā)射的光電子的數(shù)目是一定的，電壓增加到一定值時，所有光電子都被陽極A吸收，這時即使再增大電壓，電流也不會增大。③規(guī)律：對于一定頻率（顏色）的光，入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多，飽和電流越大。

4.光電效應具有瞬時性當頻率超過截止頻率vc時，無論入射光怎樣微弱，照到金屬時會立即產(chǎn)生光電流。三、經(jīng)典電磁理論解釋的困難人們通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，對于那些頻率高的光，隨著入射光強度的增加，光電流也會增大。經(jīng)典電磁理論可以對此進行解釋，在光的照射下，金屬內(nèi)部的電子受到電磁波的作用做受迫振動。光的強度越強，電磁波的振幅越大，對電子的作用越強，電子振動得越厲害，因而，電子就越容易從物體內(nèi)部逃逸出來。也就是說，單位時間到達陽極的光電子數(shù)目也就隨之增多，光電流就會增大。根據(jù)上述理論，只要入射光的強度足夠強，任何頻率的入射光都應該能夠產(chǎn)生光電子，光電子的初動能也應該由入射光的強度決定。但是實驗結(jié)果卻表明，每種金屬都對應有一個不同的截止頻率，而且遏止電壓只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強度無關(guān)。由此可見，經(jīng)典電磁理論在解釋光電效應實驗時遇到了根本性的困難?！究偨Y(jié)】(1)逸出功：要使電子脫離某種金屬，需要外界對它做功，做功的最小值叫這種金屬的逸出功，用Wo表示。不同種類的金屬，其逸出功不同。(2)光電效應中的一些重要現(xiàn)象無法用經(jīng)典電磁理論解釋。

1.用甲、乙兩種光照射某金屬時都能產(chǎn)生光電效應。已知甲光的頻率是乙光頻率的2倍，則（）A．用甲光照射時該金屬的逸出功一定比用乙光照射時的大B．用甲光照射時所逸出的光電子數(shù)目一定比用乙光照射時的更多C．甲光光子的能量可能小于用甲光照射該金屬時所逸出的光電子的最大初動能D．乙光光子的能量一定小于用甲光照射該金屬時所逸出的光電子的最大初動能D課堂練習2.下列說法中正確的是（）A．照相機鏡頭表面鍍一層增透膜，鏡頭表面原本反射的光全部能夠進入鏡頭B．用肥皂膜觀察光的薄膜干涉，現(xiàn)象是明暗相間、不等間距、上疏下密的條紋C．拍攝櫥窗內(nèi)的展品，調(diào)整照相機鏡頭外的偏振片是讓更多光線進入鏡頭D．用紫外線照射鋅板后，發(fā)生光電效應后的鋅板應該帶負電B課堂練習3.對光電效應的理解正確的是（）A．金屬鈉的每個電子可以吸收一個或一個以上的光子，當它積累的動能足夠大時，就能逸出金屬B．在光電效應中，電子吸收足夠能量后才可以逸出，所以發(fā)生光電效應的累積時間很長C．如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應D．發(fā)生光電效應時，入射光越強，光子的能量就越大，光電子的最大初動能就越大C

4.如圖所示，在演示光電效應的實驗中，谷靈同學分別用a、b兩種單色光照射鋅板。發(fā)現(xiàn)用a光照射時與鋅板連接的驗電器的指針張開一個角度；用b光照射時與鋅板連接的驗電器的指針不動。下列說法正確的是（）A．增大b光的照射強度，驗電器的指針有可能張開一個角度B．增大a光的照射強度，光電子的最大初動能增加C．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率D．若用b光照射另一種金屬能發(fā)生光電效應，則用a光照射該金屬時可能不會發(fā)生光電效應C5.下列說法不正確的是（）A．奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應B．法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象C．摩擦生電，說明摩擦能創(chuàng)造電荷D．當光照射在金屬上時，有時會有電子從金屬表面逸出，這是光電效應現(xiàn)象C6.下列說法正確的是（）A．麥克斯韋預言了電磁波的存在，法拉第通過實驗證實了電磁波存在B．只有高溫物體才能輻射出紅外線，紅外線具有熱效應C．黑體由于不反射任何電磁波，所以是黑色的D．能量子與電磁波的頻率成正比D7.一單色光照到某金屬表面時，有光電子從金屬表面逸出，下列說法中正確的是（）A．只增大入射光的頻率，金屬逸出功將減小B．只增大入射光的頻率，光電子的最大初動能將增大C．只增大入射光的強度，光電子的最大初動能將增大D．只增加入射光的照射時間，光電子的總大初動能將增大B8.如圖所示，圖甲和圖乙分別是a光和b光經(jīng)相同雙縫干涉實驗條件下形成的干涉圖樣，圖中白色區(qū)域為亮條紋.下列關(guān)于a、b兩束單色光的說法正確的是（）A．a(chǎn)光的光子能量較大B．若用b光照射某金屬沒有光電子逸出，則a光照射該金屬時也沒有光電子逸出C．玻璃對a光的折射率較大D．在水中a光傳播的速度較小B9.關(guān)于光電效應，下列說法不正確的是（）A．極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B．只要光照射時間足夠長，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應C．入射光的頻率越大，從金屬表面逸出的光電子的最大初動能也越大D．若發(fā)生了光電效應且入射光的頻率一定時，光強越強，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多B10.如圖為氫原子的能級示意圖，鋅的逸出功是3.34eV，那么對氫原于在能級躍遷過程中發(fā)射或吸收光子的特征認識正確的是（）A．普朗克第一次將“量子”引入原子領(lǐng)域，提出了定態(tài)和躍遷的概念B．一群處于n=3能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，能放出3種不同頻率的光C．用能量為10.3eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原于躍遷到激發(fā)態(tài)D．氫原子從高能級向基態(tài)躍遷時發(fā)射的光照射鋅板一定不能產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象B課堂小結(jié)1.光電效應效應2.光電效應的實驗規(guī)律3.經(jīng)典電磁理論解釋的困難課堂訓練1.如圖所示，兩束單色光a和b從水中射向水面的O點，它們進入空氣后的光合成一束光c。根據(jù)這一現(xiàn)象可知，下列說法中正確的是（）A．水對a光的折射率較大B．從水射向空氣時，a光全反射的臨界角大于b光的臨界角C．兩束光在從水進入空氣時頻率均保持不變D．若a光照射到某金屬上能發(fā)生光電效應，則b光照射該金屬上不一定能發(fā)生光電效應BC課堂訓練2.題圖為氫原子能級的示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài)，當向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光。關(guān)于這些光下列說法正確的是（）A．頻率最大的光是由n=4能級躍遷到n=1能級產(chǎn)生的B．頻率最小的光是由n=2能級躍遷到n=1能級產(chǎn)生的C．這些氫原子總共可輻射出6種不同頻率的電磁波D．用n=2能級躍遷到n=1能級輻射出的光照射逸出功為11.34eV的金屬能發(fā)生光電效應AC課堂訓練3.光電效應實驗中，下列表述正確的是（）A．光照時間越長，光電子最大初動能越大B．入射光足夠強就可以有光電流C．遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)D．入射光頻率夠大才能產(chǎn)生光電子CD課堂訓練4.1887年，赫茲在研究電磁波的實驗中偶爾發(fā)現(xiàn)，接收電路的間隙如果受到光照，就更容易產(chǎn)生電火花，這就是最早發(fā)現(xiàn)的光電效應，在用同一光電管研究光電效應的實驗規(guī)律的表述中，下列說法正確的是（

）A．入射光足夠強就可以有光電流B．遏止電壓只與入射光的顏色有關(guān)C．光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比D．入射光頻率大于極限頻率時一定能產(chǎn)生光電子BD課堂訓練5.光電效應實驗中，下列說法正確的是（）A．在光顏色不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大B．入射光越強，光電子的初動能越大，因而遏止電壓越大C．不管入射光的頻率如何，只要光足夠強，就會有光電流產(chǎn)生D．當入射光頻率超過截止頻率時，無論入射光怎樣微弱，都會瞬間產(chǎn)生光電流AD課堂訓練6.如圖所示，光電管與定值電阻R并