第4章 第2节 光电效应-【优化指导】2020-2021学年新教材高中物理选择性必修第三册(Word教参)(人教版)

第2节　光电效应 课程内容要求 核心素养提炼 1．知道光电效应现象，了解与之相关的截止频率，饱和电流，截止电压等．知道光电效应的瞬时性． 2．掌握爱因斯坦光电效应方程，知道逸出功和最大初动能． 3．知道康普顿效应，了解光子的动量和光的波粒二象性. 1．物理观念：光电效应、光电子、截止频率、逸出功、最大初动能、康普顿效应、光的波粒二象性． 2．科学思维：光电效应方程的理解和应用，光电效应的Ek－ν图像． 3．科学探究：实验探究光电效应，观察截止频率，饱和电流，截止电压等. 一、光电效应的实验规律　光电效应经典解释中的疑难 1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象． 2．光电子：光电效应中发射出来的电子. 3．光电效应的实验规律 (1)存在着饱和光电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多． (2)存在着截止电压和截止频率：光电子的最大初动能与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应． (3)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬间发生的，从光照射到产生光电流的时间不超过10－9s. 4．逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值.不同金属的逸出功不同． [判断] (1)入射光足够强就可以有光电流．(　×　) (2)截止电压与入射光的频率有关．(　√　) (3)入射光频率大于截止频率才能产生光电子．(　√　) 二、爱因斯坦的光电效应理论 1．光子说：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子被称为光子. 2．爱因斯坦的光电效应方程 (1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0. (2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek. [判断] (1)逸出功和截止频率由入射光的强度决定．(　×　) (2)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比．(　×　) 三、康普顿效应和光子的动量　光的波粒二象性 1．光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫作光的散射． 2．康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应． 3．康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面． 4．光子的动量 (1)表达式：p＝. (2)说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小．因此，有些光子散射后波长变大. 5．光的波粒二象性 (1)由麦克斯韦的电磁理论，人们认识到光是一种电磁波. (2)由爱因斯坦的光电效应理论和康普顿效应理论，揭示了光的粒子性. (3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性． [思考]　太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的，为什么？ 提示　在地球上存在着大气，太阳光经微粒散射后传向各个方向，而在太空中的真空环境下光不再散射只向前传播． 探究点一　光电效应的实验规律 如图是研究光电效应的实验电路． (1)某单色光照射到金属表面上结果没有光电子逸出，请思考：我们应如何操作才能使该金属发生光电效应呢？增大入射光频率还是增大入射光强度？ (2)光电流的强度与入射光的强度一定成正比吗？ 提示　(1)增大入射光频率，使其高于该金属的极限频率． (2)不一定．光电流未达到饱和值之前其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有饱和光电流才与入射光的强度成正比． 1．光子与光电子 光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果． 2．截止频率的理解 频率低于νc的入射光，无论光的强度多大，照射时间多长，都不能使光电子逸出． 3．光子的能量与入射光的强度 光子的能量即每个光子的能量，其值为ε＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定．入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量hν与入射光子数n的乘积．即入射光的强度等于nhν. 4．光电流和饱和光电流 金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关． 5．光的强度与饱和光电流 饱和光电流