高中物理第二章波粒二象性2.1光电效应教案粤教版选修35

高中物理第二章波粒二象性2.1光电效应教案粤教版选
修35
课堂互动
三点剖析
一、光电效应实验与规律
1.光电效应实验
研究光电效应规律的实验装置如图2-1-2所示，其中S 是抽成真空的容器，C 是石英窗口，紫外光和可见光都可以通过它射到容器里的金属板K 上，在K 的对面有另一金属板A ，K 和A 组成一对电极，把K 跟电池组的负极相连，A 跟正极相连.
图2-1-2
（1）在没有光照射K 时，电压表有示数，电流表没有示数.
（2）保持A 、K 间电压一定，灯泡亮度一定，在窗口C 前依次放上红色、橙色、绿色滤光片，观察到红光照射金属板K 时没有光电流，橙光和绿光照射时，有光电流.
（3）逐渐减小K 、A 间的正向电压，直到电压为零时，电流表仍有示数，说明光电流依然存在，如果在K 、A 间加一反向电压，则光电流变小，反向电压增大到某一值时，使光电流刚好为零。

（4）给光电管电极K 、A 间加正向电场，以高于极限频率的光入射，保持电压不变，增加入射光的强度，发现光电流的强度增大. 序号
规律 1
任何一种金属都有一个极限频率，入射光频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应 2
光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大 3
入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9
s 4 当入射光频率大于极限频率时，保持频率不变，光电流的强度与入射光的强度成正
比 二、正确理解光电效应的两个关系及光电效应与经典理论的矛盾
1.光电效应规律中的两个关系
在光电效应实验规律中，有两个关系：
（1）光电子的最大初动能2
1mv m 2,随入射光频率ν的增大而增大. （2）光电流的强度跟入射光的强度成正比.
注意第一个关系中并不是成正比,而第二个关系是成正比,根据爱因斯坦光电效应方程2
1mv 2=hν-W.对于某一金属而言，逸出功W 是一定值，普朗克常量h 是一常数，故从上式可
以看出，最大初动能2
1mv m 2与入射光频率ν是成一次函数关系，而不是成正比的.光电流的强度是由从金属表面逸出的光电子数目决定的，而从金属表面逸出的光电子数目是由入射光子的数目决定的，入射光子数目的多少又是由入射光的强度决定的，所以，我们容易推得，光电流的强度跟入射光的强度成正比.
2.经典理论与光电效应的矛盾
经典波动理论认为，光是一种电磁波，光的强度取决于振幅大小，振幅越大，光就越强.金属在光的照射下，其中的自由电子就会由于光的变化着的电磁场作用而做受迫振动，无论照射光的频率如何，只要光足够强，自由电子受迫振动的幅度就会足够大，这样就可以产生光电效应，而这与实验事实恰恰相反，关于照射时间的问题，波动观点更是陷入了困境，如果光强很微弱，则在从光开始照射到光电子的发射之间应该有一个可测的滞后时间，在这段时间内电子应从光束中不断吸收能量，一直到所积累的能量能够使它逸出金属表面为止，这与光电效应的瞬时性存在严重的矛盾，既然光电效应与传统的波动理论存在如此巨大的矛盾，因此，这个理论不适用于解释微观粒子的运动.
各个击破
【例1】 在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连.用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图2-1-3所示，这时 （ ）
图2-1-3
A.锌板带正电，指针带负电
B.锌板带正电，指针带正电
C.锌板带负电，指针带正电
D.锌板带负电，指针带负电
解析：本题应从光电效应，验电器原理来考虑解答。

锌板原来不带电，验电器的指针发生了偏转，说明锌板在弧光灯的照射下发生了光电效应，发生光电效应时，锌板向空气中发射电子，所以锌板带正电，验电器的指针亦带正电.故选B 项.
答案：B
类题演练1
如图2-1-4所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是（ ）
图2-1-4
A.入射光太弱
B.入射光波长太长
C.光照时间短
D.电源正负极接反
解析：只要入射光的频率大于极限频率，就会有光电子射出，只要所加反向电压大于遏止电压，电子达不到阳极也不会有光电流，故仅B 、D 两项正确.
答案：BD
变式提升
在做光电效应演示实验时，把某金属板连在验电器上，第一次用弧光灯直接照射金属板，验电器的指针张开一个角度，第二次在弧光灯和金属板之间插入一块普通玻璃，再用弧光灯照射，验电器的指针不张开.由此可以判定，使金属板产生光电效应的是弧光灯中的( )
A.可见光成分
B.红外线成分
C.无线电波成分
D.紫外线成分
解析：因为玻璃不能挡住可见光，且红外线与无线电波频率都比可见光小，故D 项正确. 答案：D
【例2】 一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列正确的是（ ）
A.若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变
B.若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子将具有更大的动能
C.若改用紫光照射，则逸出的光电子将具有更大的动能
D.若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目增加
解析：在光电效应中，入射光的频率决定能否发生光电效应，在能产生光电效应时，入射光的强度影响单位时间内逸出的光电子数目，入射光的频率影响逸出的光电子的初动能的大小.选项C 正确.
答案：C
类题演练2
如图2-1-5所示，阴极K 用极限波长λ0=0.66 μm 的金属铯制成，用波长λ=0.50 μm 的绿光照射阴极K 调整两个极板电压，当A 板电压比阴极高出2.5 V 时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64 μA,求
图2-1-5
（1）每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能.
（2）如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍，每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能.
解析：（1）当阴极发射的光电子全部达到阳极A 时，光电流达到饱和，由电流可知每秒到达阴极的电子数，即每秒发射的电子数.由爱因斯坦光电效应方程可计算最大初动能.
（2）光强加倍，每秒钟发射的光电子数加倍，但入射光频率不变，发射的光电子的最大初动能不变.
（1）光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部达到阳极A ，阴极每秒钟发射的光电子的
个数n=196
10
6.11064.0--⨯⨯=e I m =4.0×1012. 根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能：
2
1m νm 2=h ν-W=0λλc h c h - =6.63×10-34×3×108×(6610
66.011050.01--⨯-⨯) J=9.5×10-20 J.
(2)如果照射光的频率不变，光强加倍，根据光电效应实验规律、阴极每秒发射的光电子数
n′=2n=8×1012 光电子的最大初动能仍然是
221m mv =9.5×10-20 J. 答案：（1）4.0×1012个 9.5×10-20 J (2)9.5×10-20 J。