2015高中物理-4.1-4.2-量子概念的誕生-光電效應(yīng)與光的量子說-課件(教科版選修3-5)

2015高中物理-4.1-4.2-量子(liàngzǐ)概念的誕生-光電效應(yīng)與光的量子(liàngzǐ)說-課件(教科版選修3-5)第一頁，共39頁。4.1-4.2量子概念(gàiniàn)的誕生光電效應(yīng)與光的量子說1.了解黑體與黑體輻射，知道輻射強度與波長的關(guān)系.2.了解能量子的概念及提出的過程.3.知道光電效應(yīng)現(xiàn)象及其實驗規(guī)律.4.掌握(zhǎngwò)愛因斯坦光電效應(yīng)方程及其意義.學習目標(mùbiāo)定位第二頁，共39頁。學習(xuéxí)探究區(qū)一、光電效應(yīng)產(chǎn)生(chǎnshēng)的條件二、光電效應(yīng)(ɡuānɡdiànxiàoyìng)的規(guī)律三、動愛因斯坦光電效應(yīng)方程第三頁，共39頁。一、光電效應(yīng)產(chǎn)生(chǎnshēng)的條件問題(wèntí)設(shè)計實驗：探究光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件如圖1所示，取一塊鋅板，用砂紙將其一面擦一遍，去掉外表(wàibiǎo)的氧化層，連接在驗電器上.圖1第四頁，共39頁。(1)用弧光燈照射(zhàoshè)鋅板，看到的現(xiàn)象是______________.答案驗電器偏角張開.說明(shuōmíng)鋅板帶電了.弧光燈發(fā)出的紫外線照射到鋅板上，在鋅板外表發(fā)射出光電子，從而使鋅板帶上了正電.第五頁，共39頁。(2)假設(shè)在弧光燈和金屬板之間插入一塊(yīkuài)普通玻璃板，再用弧光燈照射，看到的現(xiàn)象是____________________________________________________________________.答案指針(zhǐzhēn)偏角明顯減小.因為紫外線不能穿過玻璃板而可見光和紅外線卻能，由此說明金屬板產(chǎn)生光電效應(yīng)是光中紫外線照射的結(jié)果而不是可見光和紅外線.第六頁，共39頁。(3)撤去弧光燈，換用白熾燈發(fā)出(fāchū)的強光照射鋅板，并且照射較長時間，看到的現(xiàn)象是__________________________________________________________________.答案觀察不到指針(zhǐzhēn)的偏轉(zhuǎn)，說明可見光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng).第七頁，共39頁。要點(yàodiǎn)提煉1.光電效應(yīng)的實質(zhì)：光現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為電現(xiàn)象.2.光電效應(yīng)中的光包括不可見光和可見光.3.金屬(jīnshǔ)都存在一個極限頻率，只有入射光的頻率大于該金屬(jīnshǔ)的極限頻率時光電效應(yīng)才能發(fā)生.轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)為第八頁，共39頁。例1如圖2所示，用弧光燈照射(zhàoshè)鋅板，驗電器指針張開一個角度，那么以下說法中正確的選項是()A.用紫外線照射(zhàoshè)鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)B.用紅光照射(zhàoshè)鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)C.鋅板帶的是負電荷D.使驗電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷圖2第九頁，共39頁。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(zhǐzhēn)張開一個角度，說明鋅板帶了電，進一步研究說明鋅板帶正電.這說明在紫外線的照射下，鋅板中有一局部自由電子從外表飛出來，鋅板中缺少電子，于是帶正電，選項A、D正確.紅光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng).答案AD返回第十頁，共39頁。問題(wèntí)設(shè)計二、光電效應(yīng)(ɡuānɡdiànxiàoyìng)的規(guī)律如圖3所示，陰極K和陽極(yángjí)A是密封在真空玻璃管中的兩個電極，K用銫做成.電源加在K和A之間的電壓大小可以調(diào)整，正負極也可以對調(diào).圖3第十一頁，共39頁。(1)加在光電管兩極間電壓為零時，用紫光照射陰極(yīnjí)，回路中有電流嗎？改變?nèi)肷涔鈴姸龋怆娏鞔笮∪绾巫兓?？答?dáàn)有.光越強，光電流越大.第十二頁，共39頁。(2)保持入射光的強度(qiángdù)不變，更換濾色片以改變?nèi)肷涔忸l率，使光由紫光→藍光→綠光→紅光，會看到什么現(xiàn)象？這說明什么？答案紫光、藍光、綠光照射下有光電流，紅光那么沒有.說明入射光的頻率低于某一極限(jíxiàn)頻率時將不能產(chǎn)生光電效應(yīng).第十三頁，共39頁。(3)在紫光照射下，加上反向電壓，直至電流(diànliú)為0.改變光強做兩次，記錄下各個遏止電壓的值；改用藍光和綠光再各做一次，也記錄下遏止電壓的值.你發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？答案用紫光照射，不管光強如何，遏止(èzhǐ)電壓相同；由紫光換成藍光→綠光，遏止(èzhǐ)電壓減小.說明遏止(èzhǐ)電壓隨入射光頻率的減小而減小.第十四頁，共39頁。(4)遏止電壓U與光電子的最大初動能Ekm什么關(guān)系？由上述實驗數(shù)據(jù)說明(shuōmíng)最大初動能與什么有關(guān)？答案根據(jù)動能定理(dònɡnénɡdìnɡlǐ)eU＝Ekm，遏止電壓不同說明光電子的最大初動能只與入射光頻率有關(guān)，且隨入射光頻率的增大而增大.第十五頁，共39頁。要點(yàodiǎn)提煉1.光電效應(yīng)的四條規(guī)律(1)極限頻率的存在(cúnzài)：入射光的頻率必須ν0，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，與入射光強度及照射時間無關(guān).(2)光電子的最大初動能隨著的增加而增加，而與入射光強度.(3)當產(chǎn)生光電效應(yīng)時，光電流大小隨入射光強度的增大而.(4)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是的，一般不超過.大于入射光頻率(pínlǜ)無關(guān)增大瞬時10－9s第十六頁，共39頁。2.掌握三個概念的含義(1)入射光頻率決定著和；(2)入射光強度(qiángdù)決定著；(3)飽和光電流決定著.能否(nénɡfǒu)發(fā)生光電效應(yīng)光電子的最大初動能(dòngnéng)單位時間內(nèi)發(fā)射的光子數(shù)單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)第十七頁，共39頁。例2如圖4所示，電路中各元件完好，光照射到陰極(yīnjí)K.靈敏電流計沒有示數(shù)，其可能原因是()A.入射光強度太弱B.入射光的頻率太小C.光照時間短D.電源正負極接反圖4第十八頁，共39頁。解析題圖所示電路中形成電流需要具備兩個條件：一是陰極K在光照射下有光電子逸出，二是溢出的光電子應(yīng)該能在電路中定向移動到達陽極A.光電子的逸出取決于入射光的頻率ν，只有入射光的頻率大于截止頻率ν0時才有光電子逸出，與入射光的強度(qiángdù)和時間無關(guān)，A、C錯，B對；第十九頁，共39頁。光電子能否到達陽極(yángjí)A，取決于光電子的初動能大小和兩極間所加電壓的正負和大小共同決定，一旦電源接反了且電壓大于遏止電壓，即使具有最大初動能的光電子也不能到達陽極(yángjí)，即使發(fā)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象，電路中也不會有光電流，D對，所以正確選項為B、D.答案BD第二十頁，共39頁。針對訓練當用綠光照射光電管陰極K時，可以發(fā)生光電效應(yīng)，那么以下說法正確的選項是()A.增大綠光照射強度，光電子的最大初動能增大B.增大綠光照射強度，電路中光電流增大C.改用比綠光波長(bōcháng)大的光照射光電管陰極K時，電路中一定有光電流D.改用比綠光頻率大的光照射光電管陰極K時，電路中一定有光電流第二十一頁，共39頁。解析光電流與光強有關(guān)，光越強光電流越大，故B對；最大初動能與光強無關(guān)，故A錯；當改用頻率更大的光照射時，一定能發(fā)生光電效應(yīng)(ɡuānɡdiànxiàoyìng)現(xiàn)象，因此有光電流，故C錯，D對.答案D返回(fǎnhuí)第二十二頁，共39頁。要點(yàodiǎn)提煉三、愛因斯坦光電效應(yīng)(ɡuānɡdiànxiàoyìng)方程對光電效應(yīng)(ɡuānɡdiànxiàoyìng)方程hν＝mv2＋W的理解(1)光電效應(yīng)(ɡuānɡdiànxiàoyìng)方程實質(zhì)上是能量守恒方程.能量為ε＝hν的光子被電子所吸收，電子把這些能量的一局部用來克服金屬外表對它的吸引，另一局部就是電子離開金屬外表時的動能.如果克服吸引力做功最少為W，那么電子離開金屬外表時動能為Ek，根據(jù)能量守恒定律可知：Ek＝.最大hν－W第二十三頁，共39頁。(2)光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件.假設(shè)發(fā)生光電效應(yīng)，那么(nàme)光電子的最大初動能必須大于零，即Ek＝hν－W>0，亦即hν>，ν>＝ν0，而ν0＝恰好是光電效應(yīng)的截止頻率.W第二十四頁，共39頁。(3)Ekm－ν曲線.如圖5所示是光電子最大初動能(dòngnéng)Ekm隨入射光頻率ν的變化曲線.這里，橫軸上的截距是；縱軸上的截距是 ；斜率為.圖5截止頻率或極限(jíxiàn)頻率逸出功的負值(fùzhí)普朗克常量第二十五頁，共39頁。例3如圖6所示，當電鍵K斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流(diànliú)表讀數(shù)不為零.合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.6V時，電流(diànliú)表讀數(shù)仍不為零.當電壓表讀數(shù)大于或等于0.6V時，電流(diànliú)表讀數(shù)為零.由此可知陰極材料的逸出功為()A.1.9eV B.0.6eV C.2.5eV D.3.1eV圖6第二十六頁，共39頁。解析由題意知光電子的最大初動能為Ek＝eU＝0.6eV所以根據(jù)光電效應(yīng)方程(fāngchéng)Ek＝hν－W可得W＝hν－Ek＝－0.6)eV＝1.9eV.答案A返回(fǎnhuí)第二十七頁，共39頁。課堂(kètáng)要點小結(jié)能量(néngliàng)量子化光的粒子性黑體輻射的特性(tèxìng)能量子：普朗克假說ε＝hν光電效應(yīng)光現(xiàn)象

電現(xiàn)象實質(zhì)：電子

光電子

實驗規(guī)律轉(zhuǎn)化吸收光子光子說：ε＝hν愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝

mv2＋W解釋光電效應(yīng)返回第二十八頁，共39頁。自我(zìwǒ)檢測區(qū)1234第二十九頁，共39頁。12341.以下關(guān)于光子說對光電效應(yīng)的解釋正確的選項是()A.金屬外表的一個電子只能(zhīnénɡ)吸收一個光子B.電子吸收光子后一定能從金屬外表逸出，成為光電子C.金屬外表的一個電子吸收假設(shè)干個光子，積累了足夠的能量才能從金屬外表逸出D.無論光子能量大小如何，電子吸收光子并積累了能量后，總能逸出成為光電子第三十頁，共39頁。1234解析根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知：金屬中的一個電子只能吸收一份光子的能量(néngliàng)，一個光子的能量(néngliàng)也只能交給一個電子.電子吸收一個光子的能量(néngliàng)后，動能立即增大，不需要積累能量(néngliàng)的過程，不存在一個電子吸收假設(shè)干光子的現(xiàn)象.且只有當入射光的能量(néngliàng)不低于該金屬電子的逸出功時，才能發(fā)生光電效應(yīng)，即入射光頻率不低于金屬的極限頻率時才能發(fā)生光電效應(yīng).答案A第三十一頁，共39頁。2.如圖7所示是光電效應(yīng)中光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系圖像.從圖中可知()A.Ekm與ν成正比B.入射光頻率必須大于或等于極限(jíxiàn)頻率ν0時，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)C.對同一種金屬而言，Ekm僅與ν有關(guān)D.Ekm與入射光強度成正比圖7解析由Ekm＝hν－W知B、C正確(zhèngquè)，A、D錯誤.1234BC第三十二頁，共39頁。12343.用同一束單色光，在同一條件下先后照射鋅片和銀片，都能產(chǎn)生(chǎnshēng)光電效應(yīng)，在這兩個過程中，對于以下四個量，一定相同的是______，可能相同的是______，一定不同的是______.A.光子的能量 B.光電子的逸出功C.光電子的動能 D.光電子的初動能第三十三頁，共39頁。1234解析光子的能量由光的頻率決定，同一束單色光頻率相同，因而光子能量相同.逸出功等于電子脫離(tuōlí