4.2光电效应-2022-2023学年高二物理素养提升学案（人教版2019选择性必修第三册）

选择性必修三学案 第四章 原子结构和波粒二象性 第2节 光电效应 一、新课标要求 1.通过实验，了解光电效应现象及其实验规律，以及光电效应与电磁理论的矛盾。 2.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。 3.了解康普顿效应及其意义，了解光子的动量。 4. 理解光的波粒二象性及其对立统一的关系，会用光的波粒二象性分析有关现象。 二、科学素养要求 1.物理观念:知道光电效应康普顿效应、光子的概念以及光电效应的规律，能解释相关现象，树立粒子性观念。 2.科学思维:掌握光电效应的实验规律并能应用爱因斯坦光电效应方程解释相关规律，提高分析问题、解决问题的能力。 3.科学探究:通过对光电效应规律的探究，揭示实验规律，学会与他人合作交流，培养探究意识，提高实验能力。 4.科学态度与责任：培养实事求是的科学态度和精神。 三、教材研习 要点一、光电效应的实验规律 （1）存在截止频率：当入射光的频率减小到某一数值时，光电流消失，这表明已经没有光电子了。称为截止频率或极限频率。实验表明，不同金属的截止频率①不同。 （2）存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。实验表明，在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流②越大。 （3）存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压③称为遏止电压。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度。实验表明，同一种金属对于一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。 要点二、逸出功 要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小值叫作这种金属的逸出功④，用表示。不同种类的金属，其逸出功的大小也不相同。 【自主思考】 ①在研究光电效应实验中，利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，而用红光照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器总无张角，这说明了什么？ ②发生光电效应时，电路中饱和电流的大小取决于入射光的强度，这种说法对吗？ ③用光照射光电管且能产生光电效应，如果给光电管加上反向电压，光电管中就没有电流了吗? ④同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，则逸出功越大的金属产生的光电子的最大初动能也越大吗？ 名师点睛 对光电效应规律的理解 （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。 四、互动探究 探究点一、光电效应及其实验规律 情境探究 1.如图是研究光电效应的电路，阴极和阳极是密封在真空玻璃管中的两个电极，用铯做成，阴极在受到光照时能够发射光电子。电源加在和之间的电压大小可以调整，正负极也可以对调。完成以下探究。 （1）保持、间电压一定，在光的频率不变的情况下，改变入射光的强度，光电流大小怎样变化？ （2）保持、间电压一定，再将光的强度保持不变，更换滤光片以改变入射光的频率，使光按蓝光→绿光→红光变化，会发现在蓝光、绿光照射下有光电流，红光照射下却没有光电流，这说明什么？ （3）在蓝光的照射下，在、间加反向电压，逐渐增大电压，直至电流为0。改变蓝光入射的强度，重复上述操作记录下遏止电压的值；然后维持光照强度不变，改变入射光频率，先采用蓝光为入射光，再换用绿光，记录下各个遏止电压，会发现什么规律？ （4）遏止电压不同反映了什么？ 探究归纳 1.光电效应中的几组概念的理解 两组对比概念 说明 光子 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 光电子的初动能 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 光子的能量 入射光的强度 光子的能量即每个光子的能量，其值为为光子的频率)，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照射到金属表面单位面积上内光子能量与入射光子数的乘积 光电流 饱和电流 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，光电流增大，但光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和电流，在一定的光照条件下，饱和电流与所加电压大小无关 光的强度 饱和电流 饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和电流与入射光