第四章 第2节 光电效应-【高考领航】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册同步核心辅导与测评教师用书（人教版）

第2节　光电效应 核心素养要求 核心素养呈现 1.知道光电效应中极限频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾． 2.知道光子说及其对光电效应的解释． 3.掌握爱因斯坦光电效应方程并会用它来解决简单问题． 4.了解康普顿效应及其意义. 　光电效应的实验规律 1．光电效应定义 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)截止频率νc：当入射光的频率减小到某一数值νc时，即使不加反向电压，也没有光电流，此时νc称为截止频率，当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应． (2)存在着饱和电流．入射光强度一定，单位时间内阴极K发射的光电子数一定．入射光越强，饱和电流越大．表明入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多． (3)遏止电压Uc：使光电流减小到0的遏止电压Uc，此时满足＝eUc(vc是光电子速度的最大值)．对于一定颜色的光、无论光的强弱如何，遏止电压都相同，即光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关． mev (4)光电效应具有瞬时性．光电效应几乎是瞬时的，无论入射光怎么微弱，时间都不超过10－9 s. 　对光电效应规律的解释 1．逸出功 使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功，用W0表示，不同金属的逸出功不同． 2．经典解释的矛盾 (1)光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光的强弱无关．只有当hν>W0时，才有光电子逸出． (2)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间． (3)对于同种颜色的光，光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大． 　爱因斯坦的光电效应理论 1．光子能量 公式为ε＝hν，其中ν指光的频率． 2．光电效应方程 (1)对光电效应的说明 在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，其中一部分用来克服金属的逸出功W0，另一部分为光电子的初动能Ek. (2)光电效应方程 Ek＝hν－W0. 1．金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．(×) 2．在发生光电效应的条件下，入射光强度越大，饱和光电流越大．　　(√) 3．不同的金属逸出功不同，因此金属对应的截止频率也不同．　　(√) 4．入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多．(√) 　康普顿效应和光子的动量 1．康普顿效应 (1)定义：在光的散射中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分的现象． (2)意义：表明光子除了具有能量之外还具有动量，深入地揭示了光的粒子性的一面． 2．光子的动量：p＝. 　光的波粒二象性 1．光的粒子性：光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性． 2．光的波动性：麦克斯韦的电磁场理论认为光是一种电磁波． 3．光的波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性． 美国物理学家康普顿由于在光的散射方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比，其波长和频率如何变化？ 提示：光子与电子发生相互作用，能量损失，波长变长，频率变小. 　 [思考探究] 如图甲是研究光电效应现象的装置图，图乙是研究光电效应的电路图，请结合装置图及产生的现象回答下列问题： (1)用紫外线照射锌板会引发验电器的指针偏转说明了什么？ (2)在甲图中发现，用紫外线照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器都有张角，而用红外线照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器总无张角，这说明了什么？ 提示：(1)说明锌板带了电荷． (2)金属能否发生光电效应，取决于入射光的频率，与入射光的强度无关． [思维深化] 1．认识几个概念 (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)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，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需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；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能．光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能． (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与入射光子数的乘积． (4)光电流与饱和光电流 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