第4章 第2节 光电效应（word教参)-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修 第三册（人教版2019）

第2节　光电效应 [学习目标] 1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律（物理观念）.2.知道光电效应与电磁理论的矛盾（物理观念）.3.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题（科学思维）.4.了解康普顿效应和光的波粒二象性（物理观念）. 知识点一　　光电效应的实验规律 1.光电效应与光电子 （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）光电子：光电效应中发射出来的　电子　. 2.光电效应的实验规律 （1）存在　截止　频率：当入射光的频率低于截止频率时　不　（选填“能”或“不”）发生光电效应. （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　me　＝eUc. （4）具有　瞬时　性：光电效应几乎是瞬时发生的. 知识点二　　光电效应经典解释中的疑难 1.逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的　最小　值，用W0表示.不同种类的金属，其逸出功的大小　不相同　（选填“相同”或“不相同”）. 2.光电效应经典解释 （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）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. 知识点三　　爱因斯坦的光电效应理论 1.光子：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　，其中h为普朗克常量.这些能量子后来称为　光子　. 2.爱因斯坦光电效应方程 （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　，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的　初动能　. （3）Uc与ν、W0的关系 ①表达式：Uc＝　ν－　. ②图像：Uc－ν图像是一条斜率为　　的直线. 知识点四　　康普顿效应和光子的动量 1.康普顿效应 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. 2.康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子不仅具有能量，而且具有　动量　. 3.光子的动量 （1）表达式：p＝　　. （2）说明：在康普顿效应中，入射的光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量可能会变小.因此，有些光子散射后波长变　大　. 知识点五　　光的波粒二象性 光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有　波动　性，光电效应和康普顿效应表明光具有　粒子　性，光既具有波动性又具有粒子性，即光具有　波粒二象　性. 1.判断下列说法的正误. （1）“光电子”简称为“光子”. （　×　） （2）任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应. （　×　） （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. （　√　） 2.某金属的逸出功为W0，则这种金属的截止频率νc＝　　，用波长为λ的光照射该金属的表面，光电子的最大初动能Ek＝　h－W0　.（已知普朗克常量为h，光速为c） 探究点一　　光电效应的实验规律与经典解释中的疑难 【情境导学】如图所示，紫外线照射锌板后，验电器指针张开说明了什么？ 答案　锌板被紫外线照射后，有电子逸出，使验电器带上电. 【知识拓展】 1.光电效应的实验规律 （1）任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能发生光电效应，低于这个截止频率则不能发生光电效应. （2）发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大. （3）大于截止频率的光照射金属时，光电流（反映单位时间内发射出的光电子数的多少）与入射光强度成正比. （4）光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过10－9 s. 2.光电效应实验相关概念的理解 （1）光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子. （2）饱和电流 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，这个饱和值是饱和电流，在一定条件下，饱和电流与所加电压大小无关，只与入射光的强度有关.入射光越强，饱和电流越大.即：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多. （3）遏止电压、截止频率与逸出功 ①遏止电压：使光电流减小到零的反向电压，用符号Uc表示. 计算方法：－eUc＝0－Ek 遏止电压与入射光的频率有关，入射光的频率不变，遏止电压不变，入射光的频率改变，遏止电压改变，这表明对于同一种金属光电子的能量只与入射光的频率有关. ②截止频率：能使某种金属发生光电效应的入射光的最小频率叫作该种金属的截止频率（又叫极限频率）.