第6章 第1节 光电效应及其解释（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（鲁科版2019）

第1节　光电效应及其解释 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.了解光电效应和光电效应的实验规律及应用。 2．理解光子说，掌握爱因斯坦光电效应方程，并能利用它解决光电效应的有关问题。 3．理解光的波粒二象性，了解光是一种概率波。 知道光子说和爱因斯坦光电效应方程，能够利用它解释光电效应实验现象。 领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然界规律的艰辛与喜悦。 [对应学生用书P98] 知识点一 光电效应 1.光电效应现象 在光的照射下电子从物体表面逸出的现象，称为光电效应，这种逸出的电子称为光电子➊。 2．光电效应实验规律 (1)当入射光的频率低于某一频率时，光电流消失，不会产生光电效应，这一频率称为极限频率。极限频率与金属的种类有关。只有当入射光的频率大于或等于极限频率，才会产生光电效应；若入射光的频率小于极限频率，即使增加光的强度或照射时间，也不能产生光电效应。 (2)从光照射到金属表面至产生光电效应间隔的时间很短，通常在10-9 s内。 (3)产生光电效应时，在光照强度不变的情况下，光电流随电压的增大而增大，当电流增大到一定值后，即使电压再增大，电流也不再增加，达到一个饱和值，即为饱和电流。在光频率不变的情况下，入射光越强➋，单位时间内逸出的电子数也越多，饱和电流越大。 (4)如果施加反向电压，当反向电压大于某一值时，光电流为零，这一电压值称为遏止电压。遏止电压Uc与光电子最大初动能满足的关系为：eUc＝mvm2。光电子最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关。入射光的频率越高，光电子的最大初动能越大。 知识点二 光电效应的解释与应用 1.光电效应的解释 (1)光子说：光是由数量有限的、分立的光子组成的，每一个光子的能量为hν。 (2)爱因斯坦光电效应方程 ①表达式：hν＝W＋mv2。 ②各量的意义：hν为一个光子的能量，W为金属的逸出功➌，mv2为电子离开金属表面的最大初动能➍。 2．光电效应的应用 (1)光电开关：控制电路的接通或断开。 (2)光电成像：原理是利用光电效应先将光信号转化成电信号，然后再将电信号转化成光信号。例如：红外线成像。 知识点三 光的波粒二象性 1.光具有波粒二象性：光子既有粒子的特征，又有波的特征。 2．光波是一种概率波。通过双缝后，光子出现在哪个位置，受概率支配。单个光子出现在哪个位置是随机的，因此少量光子形成的光点是无规律的。当有大量光子时，概率大的位置出现的光子多，形成亮条纹；概率小的位置出现的光子少，形成暗条纹。 3．光的波动性和粒子性不是均衡表现的，波长较长时，光子的能量和动量很小，波动性比较明显，波长越长，波动性越明显。光在与电子等物质相互作用时更多地表现为粒子性，在传播过程中更多地表现为波动性。 1．任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。(×) 2．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(×) 3．光的波动性和粒子性是统一的，光具有波粒二象性。(√) 批注➊：光电子就是电子，带负电，电荷量e＝1.6×10-19C，质量m＝9.1×10-31 kg。 批注➋：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。 批注➌：不同金属，其表面层存在的阻碍电子逃逸金属的力不相同。 批注➍：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，光子的能量被某个电子全部吸收。 (1)若是金属表面的电子，直接离开金属表面，只做逸出功即可，光电子的动能最大，为Ek＝hν－W； (2)若是金属内部的电子，在逸出时，除了要做逸出功外，还要克服其他束缚做功，则光电子的动能Ek＜hν－W。 [对应学生用书P100] 探究点一　光电效应的实验规律及其解释　(科学思维之提升) ◆要点归纳 1．光电效应的实验规律 (1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能发生光电效应，低于这个截止频率则不能发生光电效应。 (2)发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大。 (3)大于截止频率的光照射金属时，光电流(单位时间内金属发射出的光电子数目的多少)与入射光强度成正比。 (4)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过10-9 s。 2．爱因斯坦光子理论对光电效应的解释 (1)解释极限频率的存在：光照射到金属板时，电子获得一个光子的能量为hν，若光子能量大于等于金属的逸出功，则能够发生光电效应，若光子能量小于金属的逸出功，即使增大光强，也不能够发生光电效应，所以金属要发生光电效应，入射光光子的能量存在一个最小值，即入射光的频率存在一个最小值。 (2)解释光电效应的瞬时性：电子吸收光子的能量时间很短，几乎是瞬时的，且一个电子只吸收一个光