沪科版选修3-5物理课件第2章2.2《涅盘凤凰再飞翔》

(2) 光电子的最大动能随着入射光频率的增加而
增加 ，与入射光的强度无关． ______
(3) 当产生光电效应时，单位时间内从金属表面
逸出的电子数与入射光的强度有关，光的强度越
越多 ． 大，单位时间内逸出的电子数______
(4) 入射光射到金属表面时，光电子的产生几乎 是________ 瞬时的 ，不超过1×10－9 s.
解析：选 CD. 要产生光电效应入射光的频率必须 大于一个最小频率，即极限频率，当入射光的频 率小于极限频率时，不管光的强度多大都不会产 生光电效应，与光照时间无关，故D正确，A、B 错误；对同一种金属，入射光的频率越大，光电 子的最大初动能越大，需要的遏止电压越大， C 正确．
二、光子说解释光电效应规律 1 ．爱因斯坦光电效应方程表明，只有当 hν>W0 时， 才有光电子逸出，ν0＝就是光电效应的极限频率． 2．光电效应方程：Ek＝hν－W0，光电子的初动能 Ek与入射光的频率ν成线性关系，与光强无关． 3．电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累 能量的时间，光电效应几乎是瞬时发生的． 4．光强越大时，包含的光子数较多，照射金属时 产生的光电子多，因而饱和电流大，所以饱和电 流与光强成正比．
思考感悟
1．光电子是光子吗？
提示：不是．光子是指光在空间传播时的每一份能
量，光子不带电，是微观领域中的一种粒子；而光
电子是金属表面受到光照射发射出来的电子，因此
其本质就是电子．
二、爱因斯坦的光子说 1．爱因斯坦的光子说 光在空间传播时是不连续的，而是一份一份的，一 份叫做一个光量子，简称光子．频率为ν 的光子能 量为 ______ hν ，这就是爱因斯坦的光子说． 2．逸出功 在产生光电效应时，电子脱离某种金属所做功的最 逸出功 ． 小值，叫做这种金属的________
对于一定颜色(频率)的光，无论光的强弱如何， 遏止电压都是一样的．光的频率ν改变时，遏止 电压U也会改变．当入射光的频率减小到某一数 值ν0时，U减小到零，即不施加反向电压也没有 光电流，这表明已经没有光电子了，ν0称为截止 频率或极限频率．这就是说，当入射光的频率 ν≤ν0 时，不论光多强，光电效应都不会发生； 光电效应具有瞬时性：当入射光的频率超过极 限频率ν0时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到 金属时就立即产生光电流，精确测量表明产生 电流的时间不超过10－9 s，即光电效应几乎是瞬 时的．
例2
【思路点拨】 应用光电效应的规律进行分析． 【精讲精析】 发生光电效应几乎是瞬时的，跟 入射光的强度无关．故A错误． 能否发生光电效应，与入射光的强度无关，只要 入射光的频率大于极限频率即可．故D错误． 光电子的最大初动能跟入射光的频率有关，跟入 射光的强度无关，所以B错误． 入射光强度减弱，即入射光子数减少，入射光子 与逸出光电子是一对一关系，因而逸出的光电子 数亦减少，故C正确．
三、光子说的又一证明——康普顿效应 1．康普顿效应 光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播 ______ 方向 发生改变，这种现象叫做光的散射．美国 物理学家康普顿在研究石墨射线的散射时发现， 在散射射线中，除了有与入射线波长相同的射线 外，还有波长比入射线波长更长的射线．人们把 这种波长变化的现象称为康普顿效应．
核心要点突破
一、光电效应实验 可以用图2－2－1所示的装置，研究光电效应中 光电流与照射光的强弱、光的颜色(频率)等物理 量间的关系．
图 2－ 2－ 1
阴极 K 和阳极 A 是密封在真空玻璃管中的两个电 极，阴极K在光照时能够发射光电子．电源加在 K 与 A 之间的电压大小可以调整，正负极也可以 对调．当电源按图示极性连接时，阳极A吸收阴 极K发出的电子，在电路中形成光电流． 1．光电效应发生的条件 只有入射光的频率大于使该金属发生光电效应的 极限频率，才能发生光电效应现象．
【精讲精析】
当单色光的频率大于金属的极限
频率时便能产生光电效应，即照射光子的能量大
于 金 属 的 逸 出 功 ． E ＝ hν 及 c ＝ λν 得 ， E ＝ h ＝
6.6×10－34× J＝4.95×10－19 J.
照射光光子的能量大于铯、钙的逸出功，能产生
光电效应的材料有2种，故A正确 .
【答案】
2． 2 涅
凤凰再飞翔
课标定位
课前自主学案 2．2 核心要点突破
课堂互动讲练 知能优化训练
课标定位
学习目标： 1. 通过实验了解光电效应的实验规 律． 2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义． 3．了解康普顿效应，了解光子的动量． 重点难点：对爱因斯坦光电效应方程的理解．用 光子说解释光电效应．
课前自主学案
一、光电效应 1．定义 在光的照射下物体发射电子 _________ 的现象叫光电效应， 发射出来的电子叫________ 光电子 ． 2．光电效应规律 (1)对于各种金属都存在着一个_________ 极限频率 ，当入 极限频率 时，才能产生 射光的频率高于这个____________ 光电效应；如果入射光的频率低于这个极限频 率，无论光多么强，照射时间多长，都不会产 生光电效应．
A
【规律总结】
知道入射光的频率高于金属的
极限频率便有光电子逸出，即入射光子的能量 hν大于逸出功 W，不需要计算入射光的频率及 金属的极限频率．
光电效应规律的应用 入射光照到某金属表面发生光电效应，若 入射光的强度减弱，而频率保持不变，则下列说 法中正确的是( ) A．从光照射到金属表面上到金属发射出光电子 之间的时间间隔将明显增加 B．逸出的光电子的最大初动能减小 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将 减少 D．有可能不发生光电效应
A．逸出功与ν有关 B．Ekm与入射光强度成正比 C．当ν<ν0时，会逸出光电子 D．图中直线的斜率与普朗克常量有关 解析：选 D.金属的逸出功与入射光无关， A 错； 光电子的最大初动能与入射光强度无关， B错； 当入射光的频率小于极限频率，不能发生光电 效应现象， C错；据光电效应方程可知图像的 斜率与普朗克常量有关，D对．
【答案】
(1)3.225×10 － 19 J
(2)2.016 V
(3)1.014×1015 Hz
【规律总结】
解答此类问题，除了注意对爱
因斯坦光电效应方程的理解，还要注意 hν＝ c Ekm＋W、ν＝λ、W＝hν0 和 Ekm＝eU 的综合应 用．
变式训练 如图2－2－3所示的 实验电路图，当用黄色光照射 光电管中的金属涂层时，毫安 表的指针发生了偏转．若将电 路中的滑动变阻器的滑片P向 图 2－ 2－ 3 右移动到某一位置时，毫安表 的读数恰好减小到零，此时电压表读数为 U，这 一电压称为遏止电压．欲使遏止电压增大，可以 采取的措施为( )
【答案】
Байду номын сангаас
C
在光电效应中，入射光的频率
【易误警示】
和强度从不同的方面影响光电效应，要区分这
两个方面的影响．
光电效应规律的应用
例3
铝的逸出功是 4.2 eV，现在将波长200
nm 的光照射铝的表面．
(1)求光电子的最大初动能． (2)求遏止电压． (3)求铝的截止频率．
【思路点拨】 根据爱因斯坦光电效应方程 hν＝ hc Ekm＋W 可得 Ekm＝ λ －W， 可求得最大初动能． 由 W Ekm＝eU 可求得遏止电压． 铝的截止频率由 ν0＝ h 可求．
A．增大黄光强度
B．延长照射时间
C．改用蓝光照射
D．改用红光照射
解析：选 C. 由题意知 eU ＝ Ekm ，根据光电效应
方程Ekm＝hν－W，由以上两式可知，欲使U增
大，可增加入射光的频率，故选项C正确．
知能优化训练
本部分内容讲解结束
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课堂互动讲练
发生光电效应的条件
例1 下表给出了一些金属材料的逸出功.
材料
铯
钙
4.3
镁
5.9
铍
6.2
钛
6.6
逸出功 3.0 － 19 (×10 J)
现用波长为400 nm 的单色光照射上述材料，能产 生光电效应的材料最多有(普朗克常量h＝6.6×10－ 34 J· s，光速c＝3.0×108 m/s)( ) A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 【思路点拨】 熟悉发生光电效应的条件和光子 的能量及光的波长、波速与频率的关系是解决本 题的关键．
2．光子的动量 根据爱因斯坦狭义相对论中的质能方程 E＝mc2 hν 和光子说 E＝hν， 每个光子的质量是 2 ，按照动 c hν h 量的定义，每个光子的动量是 p＝ c 或 λ .
思考感悟 3．为什么说光子是粒子？ 提示：光子具有能量、质量、动量，表现出了 粒子所有的特征，因此光子是粒子．
特别提醒：极限频率只与发生光电效应的金属
有关，而遏止电压只与入射光的频率有关，饱
和电流只与入射光的强度有关．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．(2011年高考广东卷)光电效应实验中，下列表
述正确的是(
)
A．光照时间越长光电流越大
B．入射光足够强就可以有光电流
C．遏止电压与入射光的频率有关
D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子
(1)根据光电效应方程 Ekm＝hν －34 8 6.63 × 10 × 3.0 × 10 hc －W， 可得 Ekm＝ λ －W＝ 200×10－9 －19 －19 J－4.2×1.6×10 J＝3.225×10 J. (2)由 Ekm＝eU，可得 －19 Ekm 3.225×10 U＝ e ＝ V≈2.016 V. －19 1.6×10 －19 4.2 × 1.6 × 10 W (3) 由 hν0 ＝ W 知 ， ν0 ＝ ＝ － h 6.63×10 34 Hz≈1.014×1015 Hz. 【自主解答】
特别提醒：入射光强度，指的是单位时间内光照 射在金属单位面积上的光子总能量． (1)在入射光频率不变的情况下，光强度与光子数 成正比． (2)光强度相同时，频率越大，光子数越少．
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2．(2011年高考福建理综卷)爱因 斯坦因提出了光量子概念并成功 地解释光电效应的规律而获得 1921年诺贝尔物理学奖．某种金 图 2 － 2－ 2 属逸出光电子的最大初动能Ekm 与入射光频率 ν 的关系如图 2 － 2 － 2 所示，其中 ν0 为极限频率．从图2－2－2中可以确定的是( )
3．存在饱和光电流．在光照条件不变的情况下， 随着所 加电压 的增大 ，光电 流趋于 一个饱和 值．也就是说在一定光照条件下，单位时间内 阴极K发射的光电子数目是一定的．电压增加到 一定值时，所有光电子都被阳极A吸收，这时即 使再增大电压，电流也不会增大． 发生光电效应的前提下入射光越强，饱和电流 越大，即入射光越强，单位时间内发射的光电 子数目越多．
3．光电效应方程 金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这 些能量的一部分用来克服金属的逸出功W，剩下 的表现为逸出的光电子的最大初动能 Ekm ，用公
hν＝W＋Ekm ，这就是著名的爱因斯坦 式表示为____________
光电效应方程．
思考感悟 2 ．光电子的最大初动能是否与入射光子的能量 成正比？ 提示：不是．由hν＝W＋Ekm得，Ekm＝hν－W， 所以光电子的最大初动能与入射光子的能量是一 次函数关系，而不是正比关系．
2．存在遏止电压和截止频率：当所加电压 U 为零 时，电流 I 并不为零．只有施加反向电压，也就是 阴极 K 接电源正极、阳极 A 接电源负极，在光电 管两极间形成使电子减速的电场， 这时电流才有可 能为零． 使光电流减小到零的反向电压 U 称为遏止 电压． 遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初 速度．众多光电子的初速度不一定一样，它的上限 1 v 应该满足以下关系： mev2＝eU.实验表明， 2