2015高中物理 4.1-4.2 量子概念的诞生 光电效应与光的量子说 课件(教科版选修3-5)

2.掌握三个概念的含义 (1)入射光频率决定着 能否发生光电效应 和 光电子的最 大初动能 ； (2)入射光强度决定着单位时间内发射的光子数 ；
(3)饱和光电流决定着 单位时间内发射的光电子数 .
例2 如图4所示，电路中各元件完好，光照 射到阴极K.灵敏电流计没有示数，其可能原 因是( ) 图4
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三、爱因斯坦光电效应方程
要点提炼
对光电效应方程hν＝ 1 mv2＋W的理解 2 (1)光电效应方程实质上是能量守恒方程. 能量为ε＝hν的光子被电子所吸收，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.如果克服吸引力做功最少为W，则电子离开金属表面时动能
最大 为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝ hν－W .
(2)光电效应方程包含了产生光电效应的条件.
若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零， W W 即Ek＝hν－W>0，亦即hν> W ，ν> h ＝ν0，而ν0＝ h 恰 好是光电效应的截止频率.
(3)Ekm－ν曲线.如图5所示是光电子最大初 动能Ekm随入射光频率ν的变化曲线.这里， 横轴上的截距是 截止频率或极限频率 ； 纵轴上的截距是 逸出功的负值 ；斜率为 图5
1
2
3
4
－34 8 hc 6.63×10 ×3×10 紫外激光能量子的值为ε0＝ ＝ J －6 λ 0.35×10
≈5.68×10－19 J.
E 2 400 则该紫外激光所含光子数n＝ ＝ ε0 5.68×10－19
≈4.23×1021(个). 答案 4.23×1021(个)
第四章
波粒二象性
4.1-4.2 量子概念的诞生 光电效 应与光的量子说
学习目标定位
1.了解黑体与黑体辐射，知道辐射强度与波长的关系. 2.了解能量子的概念及提出的过程. 3.知道光电效应现象及其实验规律. 4.掌握爱因斯坦光电效应方程及其意义.
学习探究区
一、光电效应产生的条件 二、光电效应的规律
图6
)
解析 由题意知光电子的最大初动能为
Ek＝eU＝0.6 eV
所以根据光电效应方程
Ek＝hν－W
可得W＝hν－Ek＝(2.5－0.6) eV＝1.9 eV.
答案 A
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课堂要点小结
黑体辐射的特性
能量子：普朗克假说ε＝hν
光现象 转化 电现象 能量量子化
光电效应 实质：电子 吸收光子 光电子
实验规律 光子说：ε＝hν
D.无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量
后，总能逸出成为光电子
1
解析
2
3
4
根据光电效应规律可知：金属中的一个电子只
能吸收一份光子的能量，一个光子的能量也只能交给
一个电子 .电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，
不需要积累能量的过程，不存在一个电子吸收若干光
子的现象 .且只有当入射光的能量不低于该金属电子的
(2) 保持入射光的强度不变，更换滤色片以改变入射光 频率，使光由紫光→蓝光→绿光→红光，会看到什么 现象？这说明什么？ 答案 紫光、蓝光、绿光照射下有光电流，红光则没 有 . 说明入射光的频率低于某一极限频率时将不能产生 光电效应.
(3)在紫光照射下，加上反向电压，直至电流为0.改变光 强做两次，记录下各个遏止电压的值；改用蓝光和绿 光再各做一次，也记录下遏止电压的值 . 你发现什么规 律？
图2
D.使验电器指针发生偏转的是正电荷
解析
将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照
射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度， 说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电 .这说明 在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面
飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，选项A、D正
确.红光不能使锌板发生光电效应.
要点提炼
1.光电效应的四条规律 (1)极限频率的存在：入射光的频率必须 大于ν0，才能产 生光电效应，与入射光强度及照射时间无关. (2)光电子的最大初动能随着 入射光频率 的增加而增加， 而与入射光强度 无关 . (3) 当产生光电效应时，光电流大小随入射光强度的增 大而 增大 . (4)光电效应的发生几乎是 瞬时的，一般不超过 10－9 s .
答案 A CD B
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4.神光“Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率固体激光系
统，利用它可获得能量为2 400 J、波长λ＝0.35 μm的紫 外激光.已知普朗克常量 h＝6.63×10－34 J· s，则该紫外 激光所含光子数为多少？
解析
紫外激光的波长已知，由此可求得紫外激光能
量子的值，再根据紫外激光发射的总能量为 2 400 J， 即可求得紫外激光所含光子数.
发生光电效应.
要点提炼
1.光电效应的实质：光现象转化为转化为 电现象.
2.光电效应中的光包括不可见光和可见光.
3.金属都存在一个极限频率，只有入射光的频率大于该
金属的极限频率时光电效应才能发生.
例1 如图2所示，用弧光灯照射锌板， 验电器指针张开一个角度，则下列说 法中正确的是( )
A.用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转 B.用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转 C.锌板带的是负电荷
光的粒子性
1 hν＝ mv2＋W 2 爱因斯坦光电效应方程 解释光电效应
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自我检测区
1 2 3 4
1
2
3
4
)
1.下列关于光子说对光电效应的解释正确的是(
A.金属表面的一个电子只能吸收一个光子
B.电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子
C.金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的
能量才能从金属表面逸出
(2) 若在弧光灯和金属板之间插入一块普通玻璃板，再
用弧光灯照射，看到的现象是_____________________
_______________________________________________. 答案 指针偏角明显减小 . 因为紫外线不能穿过玻璃板
而可见光和红外线却能，由此说明金属板产生光电效
C错，B对；
光电子能否达到阳极A，取决于光电子的初动能大小和 两极间所加电压的正负和大小共同决定，一旦电源接 反了且电压大于遏止电压，即使具有最大初动能的光 电子也不能达到阳极，即使发生了光电效应现象，电
路中也不会有光电流，D对，所以正确选项为B、D.
答案 BD
针对训练
当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光 )
答案 AD
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二、光电效应的规律
问题设计
如图3所示，阴极K和阳极A是密封在真空
玻璃管中的两个电极，K用铯做成.电源加
在K和A之间的电压大小可以调整，正负极 也可以对调. 图3
(1) 加在光电管两极间电压为零时，用紫光照射阴极， 回路中有电流吗？改变入射光强度，光电流大小如何 变化？ 答案 有.光越强，光电流越大.
应是光中紫外线照射的结果而不是可见光和红外线.
(3) 撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并
且照射较长时间，看到的现象是___________________ _______________________________________________. 答案 观察不到指针的偏转，说明可见光不能使锌板
1
2
3
4
3.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，对于下列四个 量，一定相同的是 ______ ，可能相同的是 ______ ，一 定不同的是______.
A.光子的能量
C.光电子的动能
B.光电子的逸出功
D.光电子的初动能
1
解析
2
3
4
光子的能量由光的频率决定，同一束单色光频
电效应，则下列说法正确的是(
A.增大绿光照射强度，光电子的最大初动能增大 B.增大绿光照射强度，电路中光电流增大 C.改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中 一定有光电流 D.改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中 一定有光电流
解析
光电流与光强有关，光越强光电流越大，故B对；
最大初动能与光强无关，故A错； 当改用频率更大的光照射时，一定能发生光电效应现 象，因此有光电流，故C错，D对. 答案 D
普朗克常量 .
例3 如图6所示，当电键K断开时，用光子
能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流
表读数不为零.合上电键，调节滑动变阻器， 发现当电压表读数小于0.6 V时，电流表读数 仍不为零.当电压表读数大于或等于0.6 V时， 电流表读数为零.由此可知阴极材料的逸出功为( A.1.9 eV B.0.6 eV C.2.5 eV D.3.1 eV
逸出功时，才能发生光电效应，即入射光频率不低于
金属的极限频率时才能发生光电效应.
答案 A
1
2.如图7所示是光电效应中光电子的最大初
2
3
4
动能Ekm与入射光频率ν的关系图像.从图中
可知( BC )
A.Ekm与ν成正比 光电效应
图7 B.入射光频率必须大于或等于极限频率ν0时，才能产生 C.对同一种金属而言，Ekm仅与ν有关 D.Ekm与入射光强度成正比 解析 由E ＝hν－W知B、C正确，A、D错误.
答案
用紫光照射，不管光强如何，遏止电压相同；
由紫光换成蓝光 → 绿光，遏止电压减小 . 说明遏止电压
随入射光频率的减小而减小.
(4)遏止电压 U与光电子的最大初动能 Ekm什么关系？由 上述实验数据说明最大初动能与什么有关？ 答案 根据动能定理eU＝Ekm，遏止电压不同说明光电
子的最大初动能只与入射光频率有关，且随入射光频 率的增大而增大.
率相同，因而光子能量相同 .逸出功等于电子脱离原子
核束缚需要做的最少的功，因此只由材料决定 .锌片和
银片的光电效应中，光电子的逸出功一定不相同.
由Ek＝hν－W，照射光子能量hν相同，逸出功W不同，
则电子最大初动能也不同.由于光电子吸收光子后到达
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金属表面的路径不同，途中损失的能量也不同，因而 脱离金属时的动能可能分布在零到最大初动能之间 . 所 以，光电子的动能或初动能是可能相等的.
三、动爱因斯坦光电效应方程
一、光电效应产生的条件
问题设计
实验：探究光电效应产生的条件
如图1所示，取一块锌板，用砂纸
将其一面擦一遍，去掉表面的氧
化层，连接在验电器上. 图1
(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象是______________. 答案 验电器偏角张开.说明锌板带电了.弧光灯发出的
紫外线照射到锌板上，在锌板表面发射出光电子，从 而使锌板带上了正电.
A.入射光强度太弱 B.入射光的频率太小 C.光照时间短
D.电源正负极接反
解析
题图所示电路中形成电流需要具备两个条件：
一是阴极K在光照射下有光电子逸出，二是溢出的光电
子应该能在电路中定向移动到达阳极A.光电子的逸出取
来自百度文库决于入射光的频率 ν，只有入射光的频率大于截止频率
ν0时才有光电子逸出，与入射光的强度和时间无关，A、