第4章 2 第1课时 光电效应-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套课件PPT（人教版）

第四章 原子结构和波粒二象性 2　光电效应 第1课时　光电效应 课程解读 课标要点 学科素养 链接浙江选考 通过实验，了解光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应方程及其意义 物理观念：知道爱因斯坦光电效应方程遵循能量守恒定律 科学探究：通过实验，了解光电效应现象 了解光电效应现象，掌握爱因斯坦光电效应方程 目录 CONTENTS 新教材•知本与思辨 新教材•拓展与应用 01 02 新教材•知本与思辨 01 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，其本质还是电子。 3．光电效应的实验规律 (1)存在截止频率：任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于等于这个截止频率才能发生光电效应，若低于这个截止频率则不能发生光电效应。 知识点一　光电效应 (2)存在饱和电流：从金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流。光电效应的I-­U图像如图所示，在光照条件不变的情况下，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值。 4．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，用W0表示。不同种类的金属，其逸出功的大小不相同。 5．光电效应经典解释中的疑难——光电效应与经典电磁理论的矛盾 (1)不应存在截止频率。 (2)光越强，光电子的初动能越大，所以遏止电压Uc应该与光的强弱有关。 (3)电子获得逸出表面所需的能量的时间远远大于实验中产生光电流的时间。 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)光电效应的发生不是瞬时的。(　 　) (2)研究光电效应的实验中，当入射光的频率低于金属板的截止频率时，不能发生光电效应。(　 　) (3)遏止电压是使光电流减小到0的反向电压。(　 　) (4)光电效应中的一些重要现象无法用经典电磁理论解释。(　 　) 思辨 × √ √ √ 2．思考题：具有最大初动能Ekm的电子，经过遏止电压Uc的减速后，速度减为多少？ 【答案】 遏止电压是使光电流减小到0的反向电压，电子经过遏止电压的减速后，速度减为0。 思辨 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．光子的能量ε＝hν，由光的频率决定。 3．光的强度与光子的数目有关，在频率一定的情况下，光的强度越大，单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的光子数越多。 知识点二　爱因斯坦的光电效应理论 4．爱因斯坦光电效应方程。 (1)表达式：hν＝Ek＋W0。 (2)物理意义：能量为E＝hν的光子被金属中的电子吸收，这些能量的一部分用来克服金属表面对电子的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能。若克服金属表面引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek(最大初动能)，根据能量守恒定律可知Ek＝hν－W0。 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。 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)入射光越强，单位时间内发射的光子数越少。(　 　) (2)爱因斯坦光电效应方程实质上是能量守恒方程。(　 　) (3)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频率有关，与光强无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光强无关。(　 　) 思辨 × √ √ 2．思考题：为什么用同种频率的光照射金属时，光照强度越大，对应的饱和电流越大？ 【答案】 同种频率的光，光照强度越大，单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而对应的饱和电流越大。 思辨 新教材•拓展与应用 02 例1 如图所示，某同学用一定频率的入射光照射锌板来研究光电效应，则(　 　) A．任意光照射锌板都有光电子逸出 B．若发生光电效应，则入射光频率越高， 光电子的最大初动能越大 C．电子吸收光子的能量，需要积累能量的时间 D．入射光越强，单位时间内逸出的光电子数目一定越多 类型一　对光电效应的理解 B 【解析】 每种金属都有各自的极限频率时，只有当入射光的频率大于金属的极限频率时，才能发生光电效应，所以并不是任意光照射锌板都有光电子逸出，A错误；若发生光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，入射光的频率越高，光电子的最大初动能越大，B正确；光子的能量不能积累，所以电子吸收光子的能量，不需要积累能量的时间，C错误；光照强度是指单位时间内照射到单位面积上的光子的能量，本题是用一定频率的光照射锌板，所以入射光越强，单位时间内照射到锌板上的光子数越多，但是只有在光电效应发生时，逸出的光电子数目才一定越多，D错误。 类型一　对光电效应的理解 活学活用 用光电管研究光电效应的实验电路如图所示，现用频率为ν1的光照射阴极K，电流表中有电流通过，电路中的滑动变阻器的滑动触头为P。下列说法正确的是(　 　) A．当P移动到a端时，电流表中一定无电流通过 B．在P向b端滑动的过程中，电流表示数可能不变 C．改用频率小于ν1的光照射，电流表中一定有电流通过 D．改用频率大于ν1的光照射，电流表中可能无电流通过 B 活学活用 【解析】 当P移动到a端时，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知，若Ek>0，则仍有光电子到达阳极A，仍然有光电流产生，电流表中仍有电流通过，A项错误；在P向b端滑动的过程中，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流可能会增大，当射出的所有光电子都能到达阳极A时，光电流达到最大，即达到饱和电流，若在滑动P前，光电流已经达到饱和，则在P向b端滑动的过程中，电流表示数不变，B项正确；改用频率小于ν1的光照射时，不一定能发生光电效应，电流表中不一定有电流通过，C项错误；改用频率大于ν1的光照射时，依然能够发生光电效应，电流表中一定有电流通过，D项错误。 例2 用图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，图线与横轴的交点坐标为(a，0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)。下列说法中正确的是(　 　) A．普朗克常量为h＝ B．断开开关S后，电流表G的示数不为0 C．仅增加照射光的强度，光电子的最大 初动能将增大 D．保持照射光强度不变,仅提高照射光频率,电流表G的示数保持不变 类型二　光电子的最大初动能与光频率的图像 B 类型二　光电子的最大初动能与光频率的图像 活学活用 (多选)某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示。由图像可知(　 　) A．该金属的逸出功等于W B．该金属的逸出功等于2hν0 C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2W D．图线的斜率表示普朗克常量h AD 活学活用 【解析】 根据爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0，可知图线纵轴截距的绝对值W等于该金属的逸出功，故A正确；当光电子的最大初动能为0时，入射光的能量等于该金属的逸出功，即等于hν0，故B错误；若入射光的频率变为原来的2倍，金属的逸出功不变，根据爱因斯坦光电效应方程可知，最大初动能为E′k＝2hν0－W＝2W－W＝W，故C错误；根据Ek＝hν－W0，可知图线的斜率即为普朗克常量h，故D正确。 本课点睛 课后请完成高效作业21 光电效应规律 1．爱因斯坦光电效应方程：hν＝Ek＋W0。 2．两条线索 3．两个关系 光照强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； 光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。 感谢聆听，再见！ (3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc。该电压对应光电子初速度的上限vc, 满足－eUc＝0－mev。如上图所示，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。光的频率ν改变时，遏止电压Uc也会改变。 (4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的，产生电流的时间不超过10-9 s。 (3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件。若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于0，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>＝νc，而νc＝恰好是光电效应的截止频率(如图所示)。 【解析】 根据Ek＝hν－W0得，题图乙纵轴截距的绝对值b等于金属的逸出功，当最大初动能为0时，入射光的频率等于截止频率，所以金属的截止频率为ν0＝a，那么普朗克常量为h＝，故A错误；用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应，断开开关仍有电子到达光电管阳极形成光电流，电流表G的示数不为0，故B正确；根据爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光的强度无关，故C错误；饱和电流与照射光强度和频率都有关系，电流表G的示数可能会发生改变，故D错误。 $$