第四章 2 第二节 光电效应方程及其意义-【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（粤教版）

第二节　光电效应方程及其意义 【核心素养目标】 物理观念 了解能量子假说、光子假说的概念；结合光电效应实验规律理解光电效应方程。 科学思维 能用爱因斯坦的光子说解释光电效应；能运用光电效应方程解决相关问题；能以数形结合的思维解释光电效应规律。 知识点一　能量子假说　光子假说 在一杯开水中放入一支温度计，开水静置于室内，可以看到开水的温度是逐渐降低的。既然从微观的角度来看开水的能量是一份一份向外辐射的，为什么它的温度不是一段一段地降低呢？ 提示：开水向外辐射的每一份能量子能量很小(微观量)，而水降低1 ℃释放的能量很大(宏观量)，由于温度计的精度不够，所以观察到的温度计温度不是一段一段地降低的。 1．能量子假说 (1)假说内容：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。 (2)能量子：hν被称为一个能量子，其中ν是辐射频率，h是一个常量，称为普朗克常量，h＝6.63×10－34_J·s。 (3)量子化现象：在微观世界里，物理量的取值常常是不连续的，只能取一些分立值的现象。 2．光子假说 (1)内容：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)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。 1．(多选)1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是(　　) A．物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的 B．能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子” C．能量子假说中的能量子的能量ε＝hν，ν为带电微粒的辐射频率，h为普朗克常量 D．能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的 ABC　[能量子假说认为，物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，每一份被称为一个“能量子”，能量子的能量ε＝hν，ν为带电微粒的辐射频率，h为普朗克常量，A、B、C正确，D错误。] 2．在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7 m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2 J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s。计算结果保留1位有效数字) 解析：光子能量ε＝ 光子数目n＝ 代入数据得n≈5×1016(个)。 答案：5×1016(个) 知识点二　光电效应方程 爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是遏止电压Uc。怎样根据mv＝eUc和hν＝Ek＋W0，得到Uc与ν、W0的关系？ 提示：遏止电压Uc与最大初动能的关系式Ek＝eUc，光电效应方程hν＝Ek＋W0，将以上两个方程整理得Uc＝－。 1．逸出功：使电子脱离某种金属所做的功的最小值。 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。 3．光子说对光电效应的解释 (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。 【判断正误】 1．“光子”就是“光电子”的简称。(＋＋＋×－－－) 2．逸出功的大小与入射光无关。(＋＋＋√－－－) 3．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(＋＋＋×－－－) 1．光电效应方程：hν＝Ek＋W0 (1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值。 (2)光电效应方程实质上是能量守恒方程。 ①能量为ε＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的初动能。 ②如要克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0。 2．光子假说对光电效应的解释 (1)饱和电流与光照强度的关系：同种频率的光，光照强度越大，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和电流越大。 (2)存在截止频率和遏止电压 ①由爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，所以遏止电压由入射光的频率决定，与入射光的