光電效應(yīng) 高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修3

選擇性必修三第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性2光電效應(yīng)作業(yè)講評實驗觀察實驗分析照射前Zn板思考1：為什么電子會從鋅板表面飛出呢？帶負電照射后Zn板負電荷減少當(dāng)有光照射時電子從鋅板的表面飛出為何不直接照射電中性的Zn板？電子獲得了光的能量鋅板帶正電后會影響電子逸出實驗分析思考2：為何要在Zn板前方放置帶正電的銅網(wǎng)照射后Zn板有電子飛出，帶正電照射前Zn板不帶電是否有光入射就會有電子飛出？實驗觀察大量實驗表明：只有入射光的頻率足夠高，金屬表面才會有電子飛出一、光電效應(yīng)照射到金屬表面的光，使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。1.定義：光電效應(yīng)現(xiàn)象中從金屬表面逸出的電子常稱為光電子。2.光電子：最早赫茲發(fā)現(xiàn)勒納德（德）、J.J.湯姆孫用實驗證實了二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律Gs二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律實驗電路一1.完善電路，并畫出電流表指針偏轉(zhuǎn)方向光電子，在電路中形成光電流思考3：不加電源電路中會形成光電流嗎？二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律實驗電路一2.觀察到的現(xiàn)象1）存在截止頻率νc①入射光的頻率ν≥νc時，發(fā)生光電效應(yīng)極限頻率②不同金屬的νc不同，νc與金屬自身性質(zhì)有關(guān)二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律實驗電路一2.觀察到的現(xiàn)象2）光電效應(yīng)具有瞬時性當(dāng)ν≥νc時，無論入射光怎樣微弱，照到金屬時都會立即產(chǎn)生光電流。精確測量表明產(chǎn)生電流的時間很快產(chǎn)生時間不會超過10-9s光電流的大小與光照強度有關(guān)即光電效應(yīng)幾乎是瞬時發(fā)生的二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律實驗電路二思考4：如果改變光電管兩端的電壓，會對光電流大小有影響嗎？請設(shè)計一個便于調(diào)節(jié)光電管兩端電壓的電路二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律2.觀察到的現(xiàn)象3）存在飽和光電流①在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流增大，最終光電流趨于一個飽和值。這說明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)目是一定的思考5：為什么會存在飽和光電流呢？二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律2.觀察到的現(xiàn)象3）存在飽和光電流②在光的頻率不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大。思考6：這一現(xiàn)象說明了什么呢？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。IU0比較兩束黃光的強弱二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律思考7：若加反向電壓會對光電流有什么影響？二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律2.觀察到的現(xiàn)象4）存在遏止電壓①使光電流剛好減小到0的反向電壓Uc稱為遏止電壓思考8：光電流減為零意味著什么呢？②存在遏止電壓說明金屬表面逸出的光電子有最大初動能二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律2.觀察到的現(xiàn)象4）存在遏止電壓③同一種金屬對于一定頻率的光，無論光的強弱如何，遏止電壓都一樣的。說明：同種金屬光電子的最大初動能與光強無關(guān)頻率不同的光對應(yīng)的遏止電壓是否相同呢？二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律④光的頻率ν改變時，遏止電壓Uc也會改變二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律2.觀察到的現(xiàn)象4）存在遏止電壓紅光藍光說明：對于同種金屬，光電子的最大初動能與入射光頻率有關(guān)二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律小結(jié)：入射光的頻率ν入射光的強度能否發(fā)生光電效應(yīng)產(chǎn)生光電效應(yīng)時光電子的最大初動能單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)影響光電效應(yīng)的因素決定決定1.光電效應(yīng)中，從同一金屬逸出的電子動能的最大值A(chǔ).只跟入射光的頻率有關(guān)B.只跟入射光的強度有關(guān)C.跟入射光的頻率和強度都有關(guān)D.除跟入射光的頻率和強度有關(guān)外，還和光照時間有關(guān)課堂練習(xí)A2.下列哪個電路是研究飽和光電流的，哪個是研究遏止電壓的？課堂練習(xí)3.在光電效應(yīng)實驗中，小明用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線（甲、乙、丙），如圖所示?；卮鹣旅鎲栴}，并說明理由。課堂練習(xí)（4）甲、丙兩種光所產(chǎn)生光電子的最大初動能，哪個大？（1）甲、乙兩種光的頻率，哪個大？（2）乙、丙兩種光的波長，哪個大？（3）乙、丙兩種光所對應(yīng)的截止頻率，哪個大？三、光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難思考與討論金屬中原子外層的電子會脫離原子而做無規(guī)則的熱運動。但在溫度不很高時，電子并不能大量逸出金屬表面，這是為什么呢？金屬表面存在阻礙電子逸出的力電子要從金屬中掙脫出來，必須獲得一些能量，以克服這種阻礙做功三、光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難要使電子脫離某種金屬，外界對它做功的最小值叫作這種金屬的逸出功1.逸出功用W0表示三、光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難2.經(jīng)典理論的疑難1）光越強，逸出的電子數(shù)越多，光電流也越大，這些結(jié)論與實驗相符光照到金屬表面時，電子吸收能量和原有熱運動能量之和超出逸出功，電子就從表面逸出，這就是光電子?？梢越忉專晒θ?、光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難2.經(jīng)典理論的疑難光能應(yīng)由光頻率來決定四、愛因斯坦光電效應(yīng)理論熱輻射的能量是不連續(xù)的；在微觀世界里，物理量的取值很多時候是不連續(xù)的，只能取一些分立的值，這稱為量子化現(xiàn)象。1905年發(fā)表《光與光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個試探性觀點》提出普朗克的觀點不夠徹底，光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的，而且光本身就是不可分割的能量子組成。愛因斯坦的光子假說四、愛因斯坦光電效應(yīng)理論1.愛因斯坦的光量子假說其中h是普朗克常量：h=6.63×10－34J·s在空間傳播的光本身由一個個不可分割的能量子組成，頻率為ν的光的能量子為hν。光子的能量E＝hν2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程四、愛因斯坦光電效應(yīng)理論求一個電子吸收能量為hν的光子的能量后，從逸出功為W0的金屬表面逸出時的最大動能逸出功光電子的最大初動能四、愛因斯坦光電效應(yīng)理論3.光電效應(yīng)方程對光電效應(yīng)實驗規(guī)律的解釋1)只有當(dāng)hν>W0時，光電子才會從金屬表面逸出EKν0νc電子逸出νc=W0/h2)光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率ν有關(guān)，而與光的強弱無關(guān)。因此遏止電壓與頻率有關(guān)，與光強無關(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，光電流自然幾乎是瞬時產(chǎn)生的。4）對于同種顏色（ν相同）的光，光較強時，包含的光子數(shù)目較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子也多，因而飽和光電流較大。斜率為課堂練習(xí)請根據(jù)下表算出金屬鎢的逸出功W0h=6.63×10－34J·s1.光電效應(yīng)實驗的裝置如圖,則下面說法中正確的是A.用紫外光照射,驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)B.用紅色光照射,驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)C.使驗電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷D.鋅板帶的是負電荷課堂練習(xí)AC四、愛因斯坦光電效應(yīng)理論4.普朗克常量的測量怎么證明它是正確的呢？eUc=EkeUc=hν-W0密立根：驗證h與普朗克的h是否相同由圖像能夠得到哪些信息呢？為愛因斯坦的光電效應(yīng)理論提供了直接的實驗證據(jù)2.鋁的逸出功為4.2eV，現(xiàn)在用波長為200nm的光照射鋁的表面。課堂練習(xí)1）求光電子的最大初動能；2）求遏止電壓；3）求鋁的截止頻率。3.2×10-19J2.0V1.0×1014Hz3.在光電效應(yīng)實驗中，如果入射光的波長確定，而強度增加，將產(chǎn)生什么結(jié)果？如果入射光的頻率增加，將產(chǎn)生什么結(jié)果？課堂練習(xí)課堂練習(xí)4.金屬A在一束綠光照射下恰能發(fā)生光電效應(yīng)，現(xiàn)用紫光或紅光照射時，能否發(fā)生光電效應(yīng)？紫光照射A、B兩種金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)時，為什么逸出金屬表面的光電子的最大速度大小不同5.電鍵K斷開時，光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵,調(diào)節(jié)滑線變阻器，當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV課堂練習(xí)A6.在日常生活中，我們不會注意到光是由光子構(gòu)成的，這是因為普朗克常量很小，每個光子的能量很小，而我們觀察到的光學(xué)現(xiàn)象中涉及大量的光子。如果白熾燈消耗的電功率有15%產(chǎn)生可見光，試估算60W的白熾燈泡1s內(nèi)發(fā)出可見光光子數(shù)的數(shù)量級課堂練習(xí)10197.根據(jù)如圖所示的電路，利用能夠產(chǎn)生光電效應(yīng)的兩種（或多種）頻率已知的光來進行實驗，怎樣測出普朗克常量？根據(jù)實驗現(xiàn)象說明實驗步驟和應(yīng)該測量的物理量，寫出根據(jù)本實驗計算普朗克常量的關(guān)系式。課堂練習(xí)五、康普頓效應(yīng)和光子的動量石墨對X射線的散射時，在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有波長大于λ0的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)1.康普頓效應(yīng)美國物理學(xué)家康普頓散射：光遇到介質(zhì)中的微粒，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。經(jīng)典理論認為是帶電粒子受迫振動的而發(fā)出的散射波，f（λ）不變吳有訓(xùn)測試了多種物質(zhì)，證明了普遍性五、康普頓效應(yīng)和光子的動量2.對康普頓效應(yīng)的解釋康普頓用光子的模型成功地解釋了康普頓效應(yīng)?；舅枷胧牵汗庾硬粌H具有能量，而且具有動量，光子與晶體中的電子碰撞時遵守能量守恒和動量守恒。光子的動量p五、康普頓效應(yīng)和光子的動量3.康普頓效應(yīng)的意義引入光子具有動量，進一步完善了光的粒子說，肯定了光的粒子性六、光的波粒二象性1.麥克斯韋的電磁理論建立之后，人們認識到光是一種電磁波。2.光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)