第1节 光电效应-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（粤教版2019）

第一节　光电效应 【素养目标】　1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律。　2.了解光电效应与经典电磁理论的矛盾。 知识点一　光电效应 [情境导学]　把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。这个现象说明了什么问题？ 提示：锌板带负电，用紫外线灯照射后，验电器张开的指针夹角变小，说明锌板带的负电荷变少了。意味着紫外线照射会让电子从锌板表面逸出。 (阅读教材P76完成下列填空) 1．光电效应：金属在光的照射下发射电子的现象被称为光电效应。 2．光电子：光电效应中发射出来的电子被称为光电子(如图甲所示)。 3．光电管 (1)概念：利用光电效应制成的一种可以把光信号转变成电信号的常见的光电器件。 (2)结构：由密封在真空玻璃壳内的阴极和阳极组成。阴极表面通常涂有碱金属，如锂、铯等。碱金属对电子的束缚能力比较弱，所以比较容易在光的照射下发射电子。 (3)工作原理：如图乙所示，阴极发射的光电子受到正向电压U加速，被阳极收集，在回路中形成电流，称为光电流。这样，光电管就把光信号变成电信号。 [问题探究]　(1)用紫外线照射锌板，与之相连的验电器铂片会张开，锌板为什么会带电？带正电还是带负电？ (2)在光电效应实验中，如果实验仪器及线路完好，当用红光照射到光电管上时，无论怎样增大正向电压，灵敏电流计中都没有电流通过，可能是什么原因？ 提示：(1)锌板在紫外线照射下发射电子，从而使锌板失去电子带正电。 (2)红光不能使光电管发生光电效应，产生光电流。 学生用书↓第64页 把一块带负电的锌板连接在验电器上，验电器指针张开一定的角度。用紫外线灯照射锌板发现验电器指针的张角发生变化。下列说法正确的是(　　) A．验电器指针的张角会变大 B．锌板上的正电荷转移到了验电器指针上 C．验电器指针的张角发生变化是因为锌板获得了电子 D．验电器指针的张角发生变化是因为紫外线让电子从锌板表面逸出 答案：D 解析：开始时，验电器带负电，用紫外线照射锌板后，锌板发生光电效应，逸出电子，若逸出电子较少，验电器带电荷量减少，验电器指针张角变小，若逸出电子较多，验电器负电荷中和后带正电，锌板带电荷量先减少后增加，所以验电器指针张角先变小后变大，故A错误； 验电器上的电子转移到了锌板上，锌板上的正电荷未转移，故B错误；验电器指针的张角发生变化是因为紫外线让电子从锌板表面逸出，失去电子，故C错误，D正确。故选D。 针对练．(多选)如图为光电管电路的示意图，在光电管电路中，下列说法正确的是(　　) A．能够把光信号转变为电信号 B．电路中的电流是由光电子的运动形成的 C．光照射到光电管的A极产生光电子并飞向K极 D．光照射到光电管的K极产生光电子并飞向A极 答案：ABD 解析：在光电管中，当光照射到阴极K时，发射出光电子，被A极的正向电压吸引而飞向A极，形成光电流，使电路导通，实现光电转换，故选ABD。 知识点二　光电效应的实验规律 [情境导学]　如图是研究光电效应的电路图。 (1)滑片P滑到最左端时，光电管两端电压为多大？此时电流表的示数不是0，说明什么？ (2)闭合开关，滑片P向右移动时，电流表示数减小，此时光电管两端电压为正向电压还是反向电压？ (3)电流表示数逐渐减小，说明光电子的初动能相同吗？ 提示：(1)电压为零；说明发生了光电效应。 (2)光电管两端电压为反向电压。 (3)不同。 (阅读教材P76－P79完成下列填空) 1．光电效应的实验规律 (1)存在饱和电流 在光照条件不变的情况下，光电流的大小随着正向电压的增大而增大，当正向电压增加到一定值时，光电流大小不再变化，达到饱和。饱和电流的大小与入射光的强度成正比。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。 (2)存在截止频率 对于每一种金属，只有当入射光频率大于某一频率ν0时，才会产生光电流，我们将这个频率称为截止频率，其对应的波长称为截止波长。实验表明，不同金属的截止频率不同。 (3)存在遏止电压 在强度和频率一定的光照射下，回路中的光电流将会随着反向电压的增加而减小，并且当反向电压达到某一数值时，光电流将会减小到零。我们把这时的电压称为遏止电压，用符号Uc表示，且满足光电子出射时的最大初动能mv＝eUc。遏止电压 学生用书↓第65页 只与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关。也就是说，其最大初动能只与入射光的频率有关。 (4)光电效应具有瞬时性 当入射光的频率大于某一频率时，无论入射光强弱，都能够几乎瞬时产生光电流。 2．经典电磁理论解释的困难 (1)不应存在截止频率。 (2)遏止电压应该与光的强弱有关。 [问题探究]　如图是研究光电效应的电路图。请结合装置图及产生的现象回答下列问题。 (1)保持入射光的强度不变，滑动变阻器的滑片向右滑动(增加电压)时，电流表的示数不变，而光强增加时，保持所加电压不变，电流表的示数会增大，这说明了什么？ (2)若将电源的正负极对调，当光强增大时，遏止电压不变，而入射光的频率增加时，遏止电压却增加，这一现象说明了什么？ 提示：(1)说明发生光电效应时，饱和电流的强度与光的强度有关；入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，饱和电流越大。 (2)光电子的能量只与入射光的频率有关，而与光的强弱无关。 (多选)(2023·广东深圳外国语高二期末)某校实验小组用如图所示的电路研究“光电效应”现象，现用频率为ν的光照射光电管，有光电子从K极逸出。下列说法正确的是(　　) A．光电子均以同一速度正对A极逸出 B．仅增大入射光的强度，从K极逸出的电子的最大初动能可能增大 C．当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，电流表的示数可能一直增大 D．将电源正负极反接后，当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，电流表的示数可能一直减小 答案：CD 解析：光电子从K极逸出时速度的大小和方向不尽相同，故A错误；仅增大入射光的强度，从K极逸出的电子数可能增多，但最大初动能和入射光频率有关，与入射光强度无关，所以最大初动能不变，故B错误；当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，A、K之间所加的正向电压增大，若该过程中光电流始终未达到饱和，则电流表的示数将一直增大，故C正确；将电源正负极反接后，当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，A、K之间所加反向电压增大，若该过程中反向电压始终未达到遏止电压，则电流表的示数将一直减小，故D正确。故选CD。 分析光电效应的几个关键点 1．发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率。 2．发生光电效应时，在入射光频率不变的情况下，当光的强度增大时，形成的光电流增大。 3．对于同一种金属，用频率较大的光照射时，遏止电压较大，光电子的最大初动能也较大。 针对练1.(2023·广东湛江高二统考期末)如图所示，放映电影时，强光照在胶片上，一方面，将胶片上的“影”投到屏幕上； 另一方面，通过声道后的光照在光电管上，随即产生光电流，喇叭发出与画面同步的声音。电影实现声音与影像同步，主要应用了光电效应的下列哪一条规律(　　) A．入射光的频率必须大于金属的截止频率，光电效应才能发生 B．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大 C．当入射光的频率大于截止频率时，光电流的强度随入射光的强度增大而增大 D．光电效应的发生时间极短，光停止照射，光电效应立即停止 答案：D 解析：电影实现声音与影像同步，主要应用了“光电效应的发生时间极短，光停止照射，光电效应立即停止”这一规律。故选D。 学生用书↓第66页 针对练2. 1887年赫兹发现了光电效应现象；1905年爱因斯坦用光量子理论对光电效应进行了全面的解释；现在利用光电效应原理制成的光电器件已经被广泛应用于生产、生活、军事等领域。用图示电路图研究光电效应，用频率为ν的单色光照射光电管，能发生光电效应现象，则(　　) A．此电路可用于研究光电管的饱和电流 B．用频率小于ν的单色光照射阴极K时，金属的截止频率不同 C．增加入射光的强度，遏止电压Uc不变 D．滑动变阻器滑片P从左端缓慢向右移动时，电流表示数逐渐增大 答案：C 解析：此电路研究的是光电管的遏止电压，不可用于研究光电管的饱和电流，A错误；金属的截止频率只与自身有关，与外界光照条件无关，B错误；遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，C正确；因为光电管所加电压为反向电压，则滑片从左向右移动时，电压变大，射到A极的电子变少，电流变小，D错误。 1．如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，验电器两金属箔片张开，用带负电的导体棒接触锌板，又可观察到验电器两金属箔片张角变小，其原因是(　　) A．紫外线电离空气，使锌板带正电 B．紫外线自身带微量正电荷 C．锌板发生光电效应，释放出了正的光电子 D．锌板表面射出电子，锌板和两金属箔片均带正电 答案：D 解析：当用紫外线照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板射出电子而带正电，与锌板用导线相连的验电器也带正电，当用带负电的导体棒接触锌板时，发生电中和，带电量减少，从而使验电器两金属箔片张角变小。故选D。 2．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中，可能使该金属产生光电效应的是(　　) A．延长光照时间 B．增大光的强度 C．换用频率较高的光照射 D．换用波长较长的光照射 答案：C 解析：某单色光照射某金属时不能产生光电效应，说明该单色光的频率较低，光子能量较小；通过延长光照时间、增大光的强度，都不能产生光电效应；只有换用频率较高(或者波长较短)的光照射，才有可能使该金属产生光电效应。故选C。 3．如图为研究光电效应的电路图，测得遏止电压为Uc，已知电子的电荷量为e，则下列说法正确的是(　　) A．光电子的最大初动能为eUc B．测量遏止电压时，开关S应与b连接 C．光电管两端电压为零时，光电流也为零 D．开关S接b，调节滑动变阻器，电压表示数增大时，电流表示数一定增大 答案：A 解析：当光电管两端电压达到遏止电压Uc时 ，从阴极K射出的具有最大初动能Ek的光电子恰好不能到达阳极，根据动能定理有0－Ek＝－eUc，解得Ek＝eUc，故A正确；测量遏止电压时，应使光电管阴极与电源正极相连，光电管阳极与电源负极相连，故开关S应与a连接，故B错误；光电管两端电压为零时，若光电子能够到达阳极，则光电流就不为零，故C错误；开关S接b，调节滑动变阻器，电压表示数增大时，若此时光电流已经达到饱和值，电流表示数就不再增大，故D错误。 4．在用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转。而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么(　　) A．a光的频率一定小于b光的频率 B．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大 C．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转 D．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c 答案：B 解析：a光能使阴极K发生光电效应而b光不能使阴极K发生光电效应，可知a光频率大于截止频率而b光频率小于截止频率，即a光的频率一定大于b光的频率，A错误；只增加a光的强度可使逸出的光电子增多，则通过电流计G的电流增大，B正确；是否能发生光电效应与光的强度无关，故增加b光的强度不可能使电流计G的指针发生偏转，C错误；用a光照射光电管阴极K时光电子由K到A，则通过电流计G的电流是由c到d，D错误。故选B。 学科网（北京）股份有限公司 $$