4.2 光电效应-【正禾一本通】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）

第2节 光电效应 课标要求 核心素养 1.通过实验，了解光电效应现象。 2．知道爱因斯坦光电效应方程。 3．能根据实验说明光的波粒二象性 1.物理观念：知道光电效应、光电子的概念，知道光子说、光电效应方程及其意义，了解康普顿效应、光的波粒二象性。 2．科学思维：能应用爱因斯坦光电效应方程解释相关规律。 3．科学探究：光电效应的实验规律。 4．科学态度与责任：学习科学家执着探索的科学精神、实事求是的科学态度，培养探究科学的兴趣 　高效导学第一步　预习新知，落实必备知识 一、光电效应的实验规律 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。这个现象称为光电效应。 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，这表明已经没有光电子了。νc称为截止频率或极限频率。这就是说，当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。 实验表明，不同金属的截止频率不同。换句话说，截止频率与金属自身的性质有关。 (2)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。这表明对于一定频率(颜色)的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。 (3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。 遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度。同一种金属对于一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。 (4)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率νc时，无论入射光怎样微弱，照到金属时会立即产生光电流。精确测量表明产生电流的时间很快，即光电效应几乎是瞬时发生的。 4．逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值。不同金属的逸出功不同。 二、爱因斯坦的光电效应理论 1．光的波动说的困难：按照光的波动说，当光照射到金属表面时，金属中的电子会从入射光中吸收能量，只有当能量积累到一定量时，电子才能从金属表面逃逸出来，这无法解释光电效应的实验现象。 2．光子说：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。 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最大初动能Ek。 三、康普顿效应和光子的动量 1．康普顿效应 (1)光的散射 光子在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫作光的散射。 (2)康普顿效应 美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。 (3)康普顿效应的意义 康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面。 2．光子的动量 (1)表达式：p＝。 (2)解释：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小。因此，有些光子散射后波长变大。 四、光的波粒二象性 1．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。 2．光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有波粒二象性。 【概念辨析·试身手】 (1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。(×) (2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。(×) (3)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(×) (4)光子的动量与波长成反比。(√) (5)光子发生散射时，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化。(×) 　高效导学第二步　课堂探究，培优关键能力 要点一 | 光电效应的实验规律 【要点培优】 1．光电效应的实质：光现象电现象。 2．光电效应中的光包括不可见光和可见光。 3．光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子。 4．能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关。 5．发生光电效应时，在光的频率(颜色)不变的情况下，入射光越强，单位时间内发出的光电子数越多。 6．光的强度与饱和电流：饱和电流与光强有关，与所加的正向电压大小无关。饱和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，饱和电流与入射光强度之间不是简单的正比关系。 【素养培优】 图甲是研究光电效应现象的装置图，图乙是研究光电效应的电路图。 探究：(1)在甲图中发现，利用紫外线照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器都有张角，而用红光照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器总无张角，这说明了什么？ (2)在乙图中光电管两端加正向电压，用一定强度的光照射时，若