第4章 2 光电效应（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册【精讲精练】人教版

2　光电效应 [学业要求] 1．知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律。 2．理解爱因斯坦的光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题。 3．了解光的波粒二象性。 一、光电效应的实验规律 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)每种金属都有一个截止频率：当入射光的频率减小到某一数值νc时，光电流消失，νc称为截止频率。 (2)存在__饱和__电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流就越大。这表明对于一定频率(颜色)的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。 (3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。 (4)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。 二、爱因斯坦的光子说与光电效应方程 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__，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek。 三、康普顿效应 1．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．在研究石墨对X射线的散射时发现：有些散射波的波长比入射波的波长略大。康普顿认为这是因为光子不仅具有能量，而且具有__动量__。因此康普顿效应也证明了光具有__粒子性__。 3．光子的动量可以表示为p＝　　。 四、光的波粒二象性 1．光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有__波动性__。 2．光电效应康普顿效应说明光具有__粒子性__。 3．光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的__波粒二象性__。 1．下列说法正确的是(　　) A．任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应 B．金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关 C．逸出功的大小与入射光无关 D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 答案　C 2．某金属的逸出功为W0，则这种金属的截止频率νc＝　　，用波长为λ的光照射金属的表面，光电子的最大初动能Ek＝　h－W0　。(已知普朗克常量为h，光速为c) 知识点一　光电效应现象及其实验规律 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，光照射金属是因，产生光电子是果。 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hν与入射光子数n的乘积，即光强等于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，饱和光电流与入射光强度之间不是简单的正比关系。 6．光电效应现象存在遏止电压和截止频率，当所加电压U为0时，电流I并不为0。只有施加反向电压，也就是阴极接电源正极、阳极接电源负极，在光电管两极间形成使电子减速的电场，电流才有可能为0。使光电流减小到0的反向电压Uc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。 当光照射在金属表面时有电子从金属表面逸出，但并不是任何频率的入射光都能引起光电效应。对于某种金属材料，只有当入射光的频率大于某一频率νc时，电子才能从金属表面逸出，形成光电流。当入射光的频率小于νc时，即使不施加反向电压也没有光电流，这表明没有光电子逸出，这一频率νc称为截止频率或极限频率。截止频率与金属自身性质有关，不同的金属材料的νc一般不同。如果入射光的频率ν小于截止频率νc，那么，无论入射