人教版高中物理 选择性 必修第三册：光电效应【精品课件】

和值之前其大小不仅与入射光的强度有关,还与光电管两极间的电压有关,
只有饱和光电流的强度才与入射光的强度成正比。
误区3:误认为入射光越强,产生的光电子数一定越多。
这是对光强的概念理解不全面造成的,实际上,入射光强度指的是单位时间
内入射到金属单位面积上的光子的总能量,是由入射的光子数和入射光子
的频率决定的,可用E=nhν表示,其中n为单位时间内的光子数。在入射光
规律方法 关于光电效应的三个理解误区
误区1:误认为光电效应中,只要光强足够大,就能发生光电效应。
产生该误区的原因是对产生光电效应的条件认识不清,实际上能不能发生
光电效应由入射光的频率决定,与入射光的强度无关。
误区2:误认为光电流的强度与入射光的强度一定成正比。
出现该误区是由于混淆了光电流和饱和光电流。实际上,光电流未达到饱
和逸出 流。
功
(2)不同金属的截止频率不同
逸出功:电子脱离某种金属所需做功的最小值。
(1)不同金属的逸出功不同。
(2)逸出功只与金属有关,与入射光的频率、所加电压无关
2.光电效应与经典电磁理论的矛盾
(1)矛盾之一:遏止电压由入射光频率决定,与光的强弱无关
按照光的经典电磁理论,光越强,光电子的初动能应该越大,所以遏止电压
康普顿效应说明光不但具有能量而且具有动量,揭示了光的粒子性,故A、
C、D错误,B正确。
课堂篇 探究学习
探究一
光电效应的实验规律
情境探究
当我们走到自动门前,在光电池电子眼探测到有人到来时,门就会自动打开,
这种传感器可以对光响应。当光的强度变化时,传感器产生的电流大小将
发生改变,与相应的电路耦合,就可以触发开关将门打开,你知道其中的道
1.光子说:光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的,而且光本身就是由一
个个不可分割的能量子组成的,频率为ν的光的能量子为hν,这些能量子被
称为光子。
2.爱因斯坦的光电效应方程
(1)表达式: hν =Ek+W0或Ek= hν -W0。
(2)物理意义:金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量一部分
按照光的经典电磁理论,如果光很弱,电子需几分钟到十几分钟的时间才能
获得逸出表面所需的能量。而实验表明:无论入射光怎样微弱,光电效应几
乎都是瞬时的。
3.光电效应的四个规律
(1)任何一种金属都有一个截止频率νc,入射光的频率必须大于νc才能产生
光电效应,与入射光的强度及照射时间无关。
(2)发生光电效应时,在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大。
量。
(1)强度越大,单位时间内照射到金属表面的光子数越多;
(2)强度越大,单位时间内金属发射的光电子数越多
光电流:从金属板逸出的光电子到达阳极,回路中形成电流
饱和光电流:光电流随所加正向电压的增大趋于一个饱和
值。
(1)在光的频率不变时,饱和电流与所加电压大小无关;
(2)在光的频率不变时,饱和电流随入射光强度的增大而增
要点提示 光电子的最大初动能与入射光频率有关,与光的强度无关。
知识归纳
1.光电效应方程的理解
光电效应方程实质上是能量守恒方程。
(1)能量为E=hν的光子被电子吸收,电子把这些能量的一部分用来克服金
属表面对它的吸引,另一部分就是电子离开金属表面时的动能。
(2)如果克服吸引力做功最少为W0,则电子离开金属表面时动能最大为Ek,
(3)发生光电效应时,光电子的最大初动能与入射光的强度无关,随入射光
频率的增大而增大。
(4)光电效应几乎是瞬时的,发生的时间一般不超过10-9 s。
实例引导
例1 利用光电管研究光电效应实验如图所示,用频率为ν的可见光照射阴极
K,电流表中有电流通过,则(
)
A.用紫外线照射,电流表不一定有电流通过
B.用红光照射,电流表一定无电流通过
光电子的 核和其他原子的阻碍而损失的能量
初动能与 最大初动能:光照射金属时,从金属逸出时电子动能的最大
最大初动 值。
能
(1)只有从金属表面逸出的电子的动能才最大;
(2)满足光电效应方程Ekm=hν-W0
光子的
能量与
入射光
的强度
光电流
与饱和
光电流
光子的能量:每个光子的能量E=hν
光的强度:单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能
也可能发生光电效应,所以选项B错误;即使UAK=0,电流表中也可能有电流
通过,所以选项C错误;当滑动触头向B端滑动时,UAK增大,阳极A吸收光电
子的能力增强,光电流会增大,当所有光电子都到达阳极A时,电流达到最大,
即饱和电流,若在滑动前,电流已经达到饱和电流,那么即使增大UAK,光电
流也不会增大,所以选项D正确。
这个现象称为康普顿效应。
3.康普顿效应的解释
ℎ
(1)光子模型:光子不仅具有能量,而且具有动量p= 。

(2)解释:在康普顿效应中,入射光Biblioteka 与晶体中电子碰撞时,把一部分动量转
移给电子,光子的动量变小。由p=
ℎ
可知波长λ变大,因此,有些光子散射后

波长变大。
4.康普顿效应的意义:康普顿效应表明光子除了具有能量之外,还具有动量,
深入揭示了光的粒子性的一面。
四、光的波粒二象性
光既具有波动性又具有粒子性,即光具有波粒二象性。
自我检测
1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因。
(1)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。(
)
答案 ×
解析 金属表面是否发生光电效应,取决于光的频率,与光的强弱无关。
(2)在发生光电效应的条件下,同种频率的入射光强度越大,饱和光电流越
根据能量守恒定律可知:Ek=hν-W0。
(3)就某一个光电子而言,其离开金属时的动能可以是0~Ek范围内的任何数
值。
2.光子说
光本身就是由一个个不可分割的能量子(光子)组成的,频率为ν的光子的能
量E=hν,其中h为普朗克常量。
3.光子说对光电效应的解释
(1)存在截止频率
若发生光电效应,则光电子的最大初动能必须大于零,即Ek=hν-W0>0,亦即
理吗?
要点提示 这种传感器代表了光电效应的一种应用,当发生光电效应时,光
照在金属上使电子从金属中飞出,这种现象由爱因斯坦给出了合理的解释
并将其理论化,他阐明了光有粒子流似的行为。
知识归纳
1.光电效应中易混淆的概念
初动能:光照射金属时,从金属逸出时电子的动能;
大小满足能量守恒Ek=hν-E损,E损为电子逸出时克服原子
射后频率变大
B.康普顿效应揭示了光的粒子性,表明光子除了具有能量之外还具有动量
C.X光散射后与散射前相比,速度变小
D.散射后的光子虽然改变原来的运动方向,但频率保持不变
答案 B
解析 在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把部分动量转
ℎ
移给电子,则光子动量减小,但速度仍为光速c,根据p= ,知光子频率减小,
C.用频率为ν的可见光照射K,当滑动变阻器的滑动触头移到A端时,电流表
中一定无电流通过
D.用频率为ν的可见光照射K,当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时,电流
表示数可能不变
答案 D
解析 因紫外线的频率比可见光的频率高,所以用紫外线照射时,电流表中
一定有电流通过,选项A错误;因不知阴极K的截止频率,所以用红光照射时,
性分析有关现象。(物理观念)
思维导图
课前篇 自主预习
必备知识
一、光电效应的实验规律
1.光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出的现象。
2.光电子:光电效应中发射出来的电子。
3.光电效应的实验规律
(1)存在着饱和光电流:在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流就
越大。这表明对于一定颜色的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数
图甲是研究光电效应现象的装置图,图乙是研究光电效应的电路图,请结合
装置图及产生的现象回答下列问题:
1.在甲图中发现,利用紫光照射锌板无论光的强度如何变化,验电器都有张
角,而用红光照射锌板,无论光的强度如何变化,验电器始终无张角,这说明
了什么?
要点提示 金属能否发生光电效应,决定于入射光的频率,与入射光的强度
应与光的强弱有关,而实验表明:遏止电压由入射光的频率决定,与光强无
关。
(2)矛盾之二:存在截止频率
按照光的经典电磁理论,不管光的频率如何,只要光足够强,电子都可获得
足够的能量从而逸出表面,不应存在截止频率。而实验表明:不同金属有不
同的截止频率,入射光频率大于截止频率时才会发生光电效应。
(3)矛盾之三:具有瞬时性
越多。
(2)存在着遏止电压和截止频率:光电子的最大初动能与入射光的频率有关,
而与入射光的强弱无关。当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电
效应。
(3)光电效应具有瞬时性:光电效应几乎是瞬间发生的,从光照射到产生光
电流的时间极短。
4.逸出功:使电子脱离某种金属所做功的最小值。不同金属的逸出功不同。
二、爱因斯坦的光子说与光电效应方程
大。(
)
答案 √
(3)不同金属的逸出功不同,因此金属对应的截止频率也不同。(
答案 √
)
(4)入射光若能使某金属发生光电效应,则入射光的强度越大,照射出的光
电子越多。(
)
答案 √
(5)光子发生散射时,其动量大小发生变化,但光子的频率不发生变化(
答案 ×
ℎ
ℎ
解析 光子发生散射时,其动量变小,根据 p= ,则波长变大,能量 E= 变
无关。
2.在乙图中给光电管两端加正向电压,用一定强度的光照射时,若增加电压,
电流表示数不变,而光强增加时,保持所加电压不变,电流表示数会增大,这
说明了什么?
要点提示 发生光电效应时,饱和光电流的强度与光的强度有关。
3.在乙图中若加反向电压,当光强增大时,遏止电压不变,而入射光的频率增
加时,遏止电压却增加,这一现象说明了什么?
C.入射光强度较弱 D.光照射时间太短
答案 B
解析 由题图可知,此时电源提供的电压为正向电压,只要能发生光电效应,
电路中就有电流,故A错误;若入射光波长太长,大于金属的极限波长时,金
属不能产生光电效应,与入射光的强度以及照射的时间都无关,故B正确,C、
D错误。
探究二
爱因斯坦的光电效应理论
情境探究


小,E=hν 光的频率变小。
(6)光具有粒子性,但光子又不同于宏观观念的粒子。(
答案 √
)
)
2.(多选)如图所示,与锌板相连的验电器指针原来是闭合的,现让紫外线灯
发出的光照射锌板,发现照射瞬间验电器指针张开了,则(
A.验电器的指针带了正电
B.该实验表明光是一种电磁波
C.增强紫外线灯的发光强度,指针张角会增大
大
遏止电压:使光电流减小到零的反向电压。
(1)它的存在意味着光电子从金属表面逸出时具有一定的速度。
(2)同一金属,入射光的频率不变,遏止电压不变;入射光的频率改
遏止电 变,遏止电压改变
压、截 截止频率:能使某种金属发生光电效应的入射光的最小频率。
止频率 (1)当光的频率低于截止频率时,即使不加反向电压也没有光电
为红光的频率小于紫外线的频率,用红光照射,不一定发生光电效应,故D错
误。
3.美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,用X光对静止的电子
进行照射,照射后电子获得速度的同时,X光光子的运动方向也会发生相应
的改变。下列说法正确的是(
)
A.当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把部分动量转移给电子,因此光子散
频率不变的情况下,光强度与光子数成正比。换用不同频率的光,即使光强
度相同,光子数目也不同,因而逸出的光电子数目也不同。
变式训练1(2020江苏盐城期末)如图所示,当光照射到光电管时,灵敏电流
计指针没有发生偏转,检查电路没有发现断路情况,各元件也正常。发生这
种情况可能的原因是(
A.电源电压太高
)
B.入射光波长太长
光电效应
内
容
索
引
01
课前篇 自主预习
02
课堂篇 探究学习
学习目标
1.了解光电效应及其实验规律,以及光电效应与电磁理论的矛盾。
(物理观念)
2.知道爱因斯坦光电效应方程及应用。(科学思维)
3.了解康普顿效应及其意义,了解光子的动量。(物理观念)
4.理解光的波粒二象性及其对立统一的关系,会用光的波粒二象
D.红光照射锌板,验电器的指针张角一定会变得更大
)
答案 AC
解析 用紫外线灯照射锌板时,验电器指针发生了偏转,可知发生了光电效
应,电子从锌板中逸出,此时锌板失去电子带正电,故A正确;光是一种电磁
波,但本实验无法得出此结论,故B错误;紫外光越强,单位时间内逸出的光
电子数目越多,则带电荷量越大,所以验电器的指针偏角越大,故C正确;因
用于克服金属的逸出功W0 ,剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek。
三、康普顿效应和光子的动量
1.光的散射:光与介质中的物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种
现象叫作光的散射。
2.康普顿效应:美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现在
散射的X射线中,除了与入射波长λ0相同的成分外,还有波长大于λ0的成分,