光电效应现象

17.2 光电效应现象

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【教学目标】

1．知道什么是光电效应现象；

2．知道光电效应的实验规律；

3．体会经典电磁理论不能完全解释光电效应现象，会用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应现象；

4．会推导光子动量表达式；

【教学重点】

1．光电效应规律及其产生的原因分析；

2．光的粒子性

【预学单】

1、在研究微观粒子能量时，焦耳（J）这个单位太大了，人们常用eV来表示能量的单位。一个带电量等于元电荷e的粒子，经1V电压加速获得的能量即为1eV，试推导1eV等于多少焦耳？

2、光的本质是什么？

【研学单】

主题一：认识光电效应现象；

实验：把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用

紫外线灯照射锌板（如图所示），观察验电器指针的变化。

这个现象说明了什么问题？

活动小结：

1、光电效应现象：在光(包括不可见光)的照射下，金属中的从表面逸

出的现象叫做光电效应现象。逸出的叫做。

主题二：光电效应规律；

实验：

（1）存在截止频率：

如图所示电路，AK间电场方向由级指向级。

当入射光的颜色（频率）高于某个值时，打开窗口，发现电流表示数，

这表明在光的照射下K级电子溢出（填“有”或“无”）。

当入射光的颜色（频率）低于某个值时，打开窗口，发现电流表示数，

这表明在光的照射下K级电子溢出（填“有”或“无”）。

这个值称为截止频率。

（2）存在饱和电流：

实验表明：对于一定颜色（频率）的光，强度一定时，光电流随所加电压的增大而，当电压增大到一定程度后，光电流趋于一个；入射光越强，饱和电流。

（3）存在遏止电压：

将AK 反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用，

光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 U c 时，光电流恰为0，

Uc 称遏止电压。

思考：遏止电压与哪些因素有关？

实验表明：对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电

压都是 ；光的频率变高时，遏止电压 。这表明，光

电子的能量只与入射光的 有关，与入射光的 无

关。

（4）具有瞬时性：

当入射光频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在光照射

到K 级的瞬间立刻产生光电流，精确测量表明，时间不超过

s 。

当入射光频率低于截止频率时，无论入射光有多强，照射时间有多长，都不会产生光电流。 主题三：光电效应现象的解释；

①经典物理学解释：

问题一：如图所示，电子绕原子核做圆周运动，思考是什么力提供向心力？若电

子运动速度增大，电子将怎样运动？事实上在金属表面，有无数个原子，不同原

子中的电子绕原子核运动的轨道半径不同，逃离原子核束缚时需克服静电力做功

不同，我们把电子脱离金属表面所做功的最 值叫 。

问题二：经典物理学有哪些观点？与实验所得到的规律一致吗？

②爱因斯坦光子说解释：

光子：光由一个个不可分割的能量子组成的，这个能量子后来称为光子，光在发射、吸收和传播时都是以光子形式一份一份进行的。

若光的频率为γ，则光子能量为E= 。

思考：①光子说如何解释极限频率？

光电效应方程：

②光子说如何解释瞬时性？

③光子说如何解释饱和电流？

Uc

例题1：在光电效应实验中，用频率为v 的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是（ ）

A ．增大入射光的强度，光电流增大

B ．减小入射光的强度，光电效应现象消失

C ．改用频率小于v 的光照射，一定不发生光电效应

D ．改用频率大于v 的光照射，光电子的最大初动能变大

例题:2：下表是按照密立根的方法进行实验时得到的某金属的Uc 和γ的几组数据。

试作出Uc-γ图像并通过图像求出：

（1）这种金属的截止频率；

（2）普朗克常量；

主题四：光的粒子性

1、光电效应现象表明，光是由一个个的光子组成的，每一份光子的能量E= 。

2、光子不仅有能量，而且还有动量：

由爱因斯坦质能方程可知：E=mc 2

光子的能量E= ，

动量的定义p=mc= 。

根据波长频率和波速关系公式 ，

所以说光子的动量为p= 。式中h 为普朗克常数，λ为光波的波长。

【续学单】

1．如图所示，原本不带电的锌板与不带电的验电器相连，现用弧光灯

照射锌板，验电器指针张开一个角度。则下面说法中正确的是( )

A．锌板带的是负电荷

B．使验电器指针发生偏转的是正电荷

C．使锌板发生光电效应的是可见光

D．使锌板发生光电效应的是紫外线

2．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

3．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么（）A．从光照至金属表面上到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将减小

C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小

D．有可能不发生光电效应

4．一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法中正确的是( )

A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加

B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电予最大初动能增加

C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应

D．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加

5．在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是（）

A．光电效应是瞬时发生的

B．所有金属都存在极限颇率

C．光电流随着入射光增强而变大

D．入射光频率越大，光电子最大初动能越大

6．已知钙和钾的截止频率分别为7. 73×1014Hz和5. 44×1014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的（）A．波长B．频率C．能量D．动量

7．用同一束单色光，在同一条件下，先后照射锌片和银片，都能产生光电效应。在这两个过程中，对下列四个量，一定相同的是，可能相同的是，一定不相同的是。

A光子的能量B金属的选出功C光电子动能D光电子最大初动能

λ，则该金属的逸出功为______。若用波长8．在光电效应试验中，某金属的截止频率对应的波长为

为λ（λ<λ0）单色光做实验，则其截止电压为______。（已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e，c和h）

9．A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为E A、E B。求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功分别是多大？