第6章 第1节 光电效应及其解释 （word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年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 导学 物理观念 (1)了解光电效应现象。 (2)知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。 (3)了解康普顿效应及其意义。 (4)知道光具有波粒二象性。 科学思维 (1)利用光子说解释光电效应的实验规律。 (2)能根据实验结论分析光的波粒二象性。 科学探究 通过实验，了解光电效应现象及实验规律。 科学态度与责任 体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响，了解人类认识自然的局限性与不断探索自然的必要性。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、光电效应 1．光电效应：在光的照射下电子从物体表面逸出的现象。 2．光电效应的实验规律 (1)入射光的频率低于某一频率时，不会产生光电效应，这一频率称为极限频率。该频率与金属的种类有关。 (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)在光照强度不变的情况下，光电流随电压增大到一定值后，达到饱和电流。在光频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。 (4)光电子具有初动能。光电流为零时的反向电压值称为遏止电压，该电压与光电子最大初动能的关系为eUc＝mvm2。 二、光电效应的解释　光电效应的应用 1．光量子：看似连续的光实际上是由数量有限的、分立的光子组成的，每一个光子的能量为hν。 2．光电效应方程：hν＝W＋mv2，式中hν为一个光子的能量；W为一个电子从金属表面逸出而必须做的功，称为逸出功；mv2 为该电子离开金属表面的最大初动能。 3．拓展一步 (1)用光电效应测量普朗克常量h 方法：根据eUc＝mv2，hν＝W＋mv2 推出Uc＝ν－，用不同频率的光照射某种金属，测出每种频率下的遏止电压，作出Uc-ν图线是一条直线，直线的斜率k＝，则h＝ek。 (2)康普顿效应 在光的散射中，除了与入射波长相同的成分外，还有部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关。 康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量。进一步说明了光具有粒子性。 三、光的波粒二象性 1．光的波动性：英国科学家托马斯·杨用光的波动理论解释了光的干涉现象；法国科学家菲涅耳用光的波动理论定量计算了光的衍射光强分布；麦克斯韦提出光是一种电磁波。 2．光的粒子性：光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，但同时也体现了波动性。 3．光的波粒二象性：光子既有粒子的特征，又有波的特征。玻恩用概率波很好地解释了光的波粒二象性。光的波长较长时波动性较明显，光的波长较短时粒子性较明显。,1.如图所示，若利用紫外线灯照射锌板，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？ 提示：金属能否发生光电效应，决定于照射光的频率，与照射光的强度无关。照射光包括可见光和不可见光，其中紫外线的频率大于红光频率。 2．下图是研究光电效应的电路图，在光电管两端加正向电压，用一定强度的光照射时，若增加电压，电流表示数不变，而光强增加时，保持所加电压不变，电流表示数会增大，这说明了什么？ 提示：发生光电效应时，飞出的光电子个数只与光的强度有关。 3．用如图所示的电路研究光电效应的规律。判断： (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)入射光照射到金属表面上时，光电子几乎是瞬时发射的。(√) 新知学习(一)|与光电效应相关的“五组”概念 [任务驱动] 如图是研究光电流与电压之间关系的实验原理图。 若要使电流表的示数增大，电源的正负极如何接入？滑动变阻器向哪个方向移动？按照上述方向移动时，能否使电流表示数一直增加？ 提示：若要使电流表的示数增大，电源右侧为正极，滑动变阻器向右滑动，当电流达到饱和时，继续向右移动滑片，电流表示数也不会增加。　　　　 [重点释解] 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．光电子的初动能与光电子的最大初动能 (1)光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能。 (2)只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。 3．光子的能量与入射光的强度 光子的能量即一个光子的能量，其值为ε＝hν(ν为光子的频率)，可见光子的能量由光的频率决定。入射光的强度指单位时间内照射到单位面积上的总能量，等于光子能量hν与入射光子数n的乘积，即光强等于nhν。 4．光电流和饱和光电流 金属板飞出的光电子到达阳极