第四章 2 2.光电效应-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

2．光电效应 【学习目标】 学科知识 学科能力 学科素养 1.光电效应的实验规律 2.爱因斯坦的光电效应理论 3.康普顿效应和光子的动量 1.能设计电路，能根据图像找到光电效应的实验规律 2.能对电子在反向电压所形成的场中的运动情况加以分析，并找到最大初动能和遏止电压之间的关系 3.能找到截止频率和逸出功之间的关系 4.能利用画图像的方法求解普朗克常量 1.物理观念：了解光具有波粒二象性，知道光电效应说明光子具有能量，康普顿效应说明光子不仅具有能量，而且具有动量 2.科学探究：能通过定性、定量实验找到光电效应的实验规律 3.科学思维：能用爱因斯坦光电效应方程解释实验规律，能用光量子说解释康普顿效应 知识点一　 光电效应的实验规律及其经典解释中的疑难 如图所示，用紫外线照射锌板后。请思考： (1)照射锌板后验电器的指针指示有什么变化？它说明了什么？ (2)这是什么现象？ 提示：(1)紫外线照射锌板后，验电器的指针张开一定的角度；说明验电器带电了。 (2)光电效应现象。 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νc时，光电流消失，表明已经没有光电子了。νc称为截止频率或极限频率。 (2)存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。 (3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc，且满足mev＝eUc。 (4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的。 3．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，不同种类的金属，其逸出功的大小也不相同。 4．光电效应经典解释中的疑难 (1)不应存在截止频率。 (2)遏止电压Uc应该与光的强弱有关。 (3)弱光照射时，电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远大于实验中产生光电流的时间。 【判断正误】 1．光子就是“光电子”的简称。(×) 2．光电效应实验中光照时间越长，光电流越大。(×) 学生用书↓第86页 3．能产生光电效应的光一定是可见光。(×) 4．逸出功由金属种类决定。(√) 1．光电效应的相关概念 (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)光电流与饱和光电流 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时产生的光电效应而言的。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。 2．经典电磁理论解释的疑难 (1)光的电磁理论只能部分地解释光电效应 ①当光照射到金属表面时，电子会吸收光的能量。若电子吸收的能量超出逸出功，电子就能从金属表面逸出，这就是光电子。 ②光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。 (2)光的电磁理论与光电效应现象的矛盾 矛盾 按照光的电磁理论解释 光电效应实验结果 矛盾1 光能由振幅决定，与光的频率无关，只要光强足够大(不论入射光的频率多大)，总可以使电子获得足够的能量从而发生光电效应 存在截止频率νc：若ν<νc，无论光强有多大，都不能发生光电效应 矛盾2 光强越大，电子可获得的能量越多，光电子的最大初动能也应越大，遏止电压也应越大，即出射电子的最大初动能、遏止电压应该由光强来决定 光电子的最大初动能、遏止电压都与光强无关，而与频率有关 矛盾3 光强越大，电子能量积累的时间就越短；光强越小，能量积累的时间就越长 具有瞬时性：当入射光照射到光电管阴极时，无论光强怎样，光电子几乎是瞬间产生的 (2023·山东潍坊市高二月考)如图为研究光电效应的实验装置，闭合开关，滑片P处于滑动变阻器中央位置，当一束单色光照到此装置的金属表面K时，电流表有示数，下列说法正确的是(　　 ) A．若仅增大该单色光入射的强度，则光电子的最大初动能增大，电流表示数也增大 B．增大入射光的频率，金属的逸出功变大 学生用书↓第87页 C．保持频率不变，当光强减弱时，发射光电子