第四章 第二节 光电效应方程及其意义-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册同步全程学习全书word（粤教版）

第二节　光电效应方程及其意义 [课标引领] 建构核心素养 物理观念 了解能量子假说、光子的概念以及光电效应方程 科学思维 能用爱因斯坦的光子说解释光电效应,同时能运用光电效应方程解决相关问题,提高分析问题、解决问题的能力 科学探究 了解能量子概念的提出过程,体会物理学发展的艰辛 科学态度与责任 理解能量子、光子的概念,培养探索科学的兴趣.了解科学家探索微观世界规律的方法,培养热爱科学的态度与责任 一、能量子假说　光子假说 思考并回答下列问题. (1)量子这个概念最早是谁提出来的?他提出了什么假说?能量量子化适用于什么情况? (2)光子说是哪位科学家提出的?光子的能量与什么有关? 答案:(1)普朗克;他提出了能量子假说;微观世界的物理量取值常常是量子化的. (2)光子说是爱因斯坦提出的;光子的能量与它的频率成正比,即ε=hν. 1.能量子假说 (1)能量子假说. 物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的,只能是hν的整数倍,hν被称为一个能量子,其中ν是辐射频率,h是一个常量,被称为普朗克常量.实验测得h=6.63×10-34 J·s. (2)量子化现象. 在微观世界里,物理量的取值常常是不连续的,只能取一些分立的值,这种物理量分立取值的现象称为量子化现象. 2.光子假说 (1)爱因斯坦提出,当光和物质相互作用时,光的能量不是连续的,而是一份一份的光量子.这些光量子后来被称为光子.一个光子的能量为ε=hν,式中h是普朗克常量,ν是光的频率. (2)光子假说认为,每个光子的能量只取决于光的频率,同样频率的光,光的强弱反映了单位时间内射到单位面积的光子数的多少. 二、光电效应方程 按照光子假说,在光电效应中,金属中的电子吸收一个光子获得的能量是多少?如果电子从金属中飞出过程克服金属的束缚做功为W,则光电子飞出后的动能是多少? 答案:hν;hν-W. 1.逸出功 在光电效应中,使电子脱离某种金属所做的功的最小值,称为金属的逸出功,用符号W0表示. 2.光电效应方程 入射光子的能量等于出射光电子的最大初动能Ek与逸出功W0之和,即hν=Ek+W0,式中Ek=m. 3.光电效应方程对光电效应实验的解释 (1)按照光子假说,光与金属相互作用时,如果光子的能量大于金属的逸出功,入射光的强度越大,所含的光子数越多,照射金属时产生的光电子越多,因此饱和电流越大.所以,饱和电流的大小与入射光的强度成正比. (2)根据光电效应方程,光与金属相互作用时,如果光子的能量小于金属的逸出功,那么无论入射光的强度有多大,照射的时间有多长,金属内部的电子都不能被激发而逃逸出来.因此,光电效应发生的条件是光子的能量ε=hν必须大于或等于逸出功W0.即ν≥.这就是光电效应存在截止频率的原因. (3)根据光电效应方程,对于某种金属,在逸出功W0一定的情况下,出射光电子的最大初动能只与入射光频率有关,与入射光的强度无关,从而也就解释了遏止电压只与频率有关的原因. 1.判断正误 (1)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)光滑水平桌面上匀速运动的小球的动能也是量子化的.(　×　) (3)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关.(　×　) (4)不同的金属逸出功不同,因此金属对应的截止频率也不同.(　√　) (5)用频率为ν的光照射逸出功为W0的某种金属发生光电效应,出射光电子的动能均为hν-W0.(　×　) 2.有一真空中波长为6×10-7 m的单色光,普朗克常量为6.63×10-34 J·s,求: (1)该单色光的频率; (2)该单色光的1个光子的能量. 解析:(1)由c=λν,得 ν== Hz=5×1014 Hz. (2)1个光子的能量 ε=hν=6.63×10-34×5×1014 J≈3.3×10-19 J. 答案:(1)5×1014 Hz　(2)3.3×10-19 J 3.紫光在真空中的波长为4.5×10-7 m,已知普朗克常量为h=6.63×10-34 J·s,问: (1)紫光光子的能量是多少? (2)用它照射截止频率为ν0=4.62×1014 Hz的金属钾能否产生光电效应? (3)第(2)问中若能产生光电效应,则光电子的最大初动能为多少? 解析:(1)紫光光子的能量 ε=hν=h=6.63×10-34× J=4.42×10-19 J. (2)紫光的频率 ν=≈6.67×1014 Hz, 因为ν>ν0,所以能产生光电效应. (3)光电子的最大初动能 Ek=hν-W0=h(ν-ν0)≈1.36×10-19 J. 答案:(1)4.42×10-19 J　(2)能 (3)1.36×10-19 J 探究点一　对能量子的理解 在一杯开水中放入一支温度计,开水静置室内,可以看到开水的温度是逐渐降低的.既然从微观的角度来