4.1 光电效应 4.2 光电效应方程及其意义（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册（粤教版2019）

第一节　光电效应 第二节　光电效应方程及其意义 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． 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． [对应学生用书P57] 1．光电效应：金属在光的照射下发射电子的现象． 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)存在着饱和电流：在光的频率不变的情况下，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)存在着遏止电压和截止频率：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：光电效应几乎是瞬时发生的． 4．经典电磁理论解释的困难 (1)不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可以获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率． (2)光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压Uc应该与光的强弱有关． (3)如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需要几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于实验中产生光电流的时间． [思考] 提示　紫外线照射锌板后，发生光电效应，发射出电子，使验电器带电． 1．能量子假说 (1)定义：普朗克认为，组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子． (2)能量子表达式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.63×10－34 J·s. (3)能量的量子化：在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的． [判断] (1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍．(√) (2)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比．(√) 2．光电效应方程 (1)光子假说：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)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． (3)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．(×) [对应学生用书P58] 探究点一　光电效应的实验规律 光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象，在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电．光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出．科学家们对光电效应的深入研究对发展量子理论起了根本性的作用．光电效应在现代科技中有哪些应用呢？ 提示　应用光电效应的产品有很多，主要是两个方面：太阳能电池和光电传感器，使用光电传感器的设备，常见的有：光控路灯，数码照相机，光敏电阻、二极管、三极管等． 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．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没有简单的正比关系． 研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生．由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动．光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出．当电流计的示数恰好为零时，电压