第5章 第1节 光电效应-2020-2021学年高中物理选修3-5【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第1节　光电效应 一、光电效应的产生 [自学教材] 1．光电效应 在光的照射下电子从物体表面逸出的现象。 2．光电效应的实验规律 (1)每一种金属对应一种光的最小频率称为极限频率。只有当光的频率大于或等于极限频率时，才会发生光电效应；当光的频率小于极限频率时，即使增加光的强度或照射时间，也不能产生光电效应。 (2)产生光电效应时，单位时间内逸出金属表面的电子数与光的强度有关：光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多。 (3)从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔极短，通常可在10－9s内发生光电效应。[来源:学|科|网] [重点诠释] 1．光子与光电子 (1)在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，而光电子是指光照射金属表面时，从金属中飞出的电子。 (2)光电流的大小是由光电子的数目决定的，而光电子的数目由入射光子的数目决定。 2．光子能量与光的强弱 光子的能量由光的频率决定，一个光子的能量为hν，光的强弱由光子的数目决定。 3．光电子的动能与光电子的最大初动能 光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动，需要克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；如果电子直接从金属表面逸出，只需克服原子核的引力做功，则具有的初动能最大。 4．极限频率 使金属在光的照射下有电子逸出的最小频率。只有当光的频率大于或等于这个最小频率时，才会产生光电效应；当光的频率小于这个最小频率时，即使增加光的强度或照射时间，也不能产生光电效应。不同金属的极限频率不同。 [典题强化] 1．某单色光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下述措施中可使该金属产生光电效应的是 A．延长光照时间　　　 B．增大光的强度 C．换用波长较短的光 D．换用频率较低的光 解析　由光电效应实验总结的规律可知：对于任何一种金属都存在极限频率，低于这个极限频率的光，无论光多么强，照射时间多么长都不能发生光电效应。显然，能否发生光电效应仅与光的频率有关，与光强及照射时间均无关。又因光的频率与波长有关系：c＝hν，所以频率越高、波长越短的光越易使金属发生光电效应，也就是对某种金属发生光电效应存在最低频率也对应存在最长波长。 答案　C 二、光电效应的理论解释及应用 [自学教材] 1．光量子 看似连续的光实际上是由个数有限、分立于空间各点的光子组成的，每一个光子的能量为hν。 2．光电效应方程 表达式：hν＝W＋mv2。式中hν为一个光子的能量；W为一个电子从金属表面逸出而必须做的功，称为逸出功；mv2为该电子离开金属表面的最大初动能。 3．应用 光电开关，光电成像，光电池。 [重点诠释] 1．光电效应与经典电磁理论的矛盾 (1)经典电磁理论认为光的能量由光的强度决定，无论频率如何，只要强度足够大，就能发生光电效应。但事实是能否发生光电效应只与光的频率有关，与光的强弱无关。 (2)光电效应具有瞬时性。按照经典电磁理论，电子能量的增加有个积累过程，大约需要几分钟电子才能逸出金属表面，但事实是从光照射到金属表面到产生光电效应的时间间隔很短，几乎是瞬时的，通常在10－9s内。 2．爱因斯坦对光电效应的解释 (1)电子吸收了光子的能量后，如果光子能量hν大于逸出功W，就可以逸出金属表面；如果光子能量hν小于逸出功W，即使增加光的强度或照射时间，也不能使电子逸出金属表面。所以存在一个极限频率ν。 (2)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要时间积累，所以光电流的产生几乎是瞬时的。 (3)当产生光电效应之后，光的强度增加，单位时间内到达金属表面的光子增多，单位时间内吸收光子的电子数增多，逸出金属表面的电子数也增多，光电流也增大。 (4)由爱因斯坦光电效应方程可知，最大初动能mv2随hν的增大而增大，即与光的频率有关。 [典题强化] 2．用两束完全相同的紫外线分别照射两种不同金属表面，均能产生光电效应，则对于这两种金属，下列说法正确的是 A．极限频率相同 B．逸出电子的最大初动能大的极限频率低 C．逸出电子的最大初动能与入射光的频率成正比 D．逸出电子的最大初动能与金属的逸出功成反比 解析　不同的金属极限频率不同，故A不对；由光电效应方程mv2＝hν－W＝hν－hν0可知逸出电子的最大初动能大的极限频率ν0低(入射光频率一定)，故B正确；入射光频率ν越大，mv2越大，但mv2与ν不成正比，故C不对；金属的逸出功W越大，mv2越小，但mv2与W不成反比，故D不对。 答案　B 考向一　对光电效应实验规律的认识 [例1]　如图5－1－1所示，一静电计与锌板相连，在A处用一弧光灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角。 图5－1－1 (1)现用一带负电的金属小球(带电量小于锌板带电量)与锌板接触，则静电计指针偏角将________(填“增大