第四章 第一节 光电效应-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（粤教版）

第一节　光电效应 第四章　波粒二象性 [学习目标]　1.知道光电效应现象,了解光电效应实验规律。2.了解光电效应与经典电磁理论的矛盾。 课时作业 巩固提升 要点1　光电效应 要点2　光电效应的实验规律 内容索引 要点1　光电效应 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.光电效应:金属在　　　　的照射下发射　　　　的现象被称为光电效应。  2.光电子:光电效应中发射出来的　　　　被称为光电子。  3.光电流: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　　　　,称为光电流。  光　 电子 电子 电流 [思考与讨论] (1)用紫外线照射锌片,锌片为什么会带电?带正电还是带负电? (2)光电管如何把光信号转换为电信号? 提示:(1)锌片在紫外线照射下发射电子,从而使锌片失去电子带正电。 (2)光电管阴极表面在光的照射下发射出电子,在正向电压加速下被阳极收集,在回路中形成电流,光电管就把光信号变成电信号。 1.光电效应的理解 (1)光电效应中的光包括不可见光和可见光。 (2)光电子:光电效应中发射出来的电子,其本质还是电子。 归纳 关键能力 合作探究 2.光电管的结构和作用 (1)结构:由真空玻璃壳内的阴极和阳极组成。阴极表面涂有锂、铯等碱金属,碱金属对电子的束缚能力较弱。 (2)作用:光照射阴极,发生光电效应,产生的电子被阳极收集,在回路中形成光电流。这样,光电管把光信号变成电信号。 [例1]　(2024·广东深圳高二期末)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,释放出了带正电的光电子 D.锌板表面射出电子,锌板和两金属箔片均带正电 D [解析]　当用紫外线照射锌板时,锌板发生光电效应,锌板失去电子带正电,与锌板导线相连的验电器也带上正电,当用带负电的导体棒接触锌板,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D正确。 [针对训练]　1.如图所示,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。下列推断合理的是(　　) A.验电器指针的张角会不断变大 B.验电器指针的张角会先变小后变大 C.验电器指针的张角发生变化是因为 锌板获得了电子 D.若改用红外线灯照射锌板也一定会 使验电器指针的张角发生变化 B 解析:发生光电效应时,锌板表面会有光电子逸出,锌板所带负电荷减少,验电器指针的张角发生变化,故C错误;锌板原来带负电,发生光电效应时,电子不断减少,最终锌板带正电,随电子的继续逸出,所带电量增大,锌板所带电量先减小后增大,验电器指针的张角也会先变小后变大,故A错误,B正确;因为红外线的频率小于紫外线的频率,所以用红外线灯照射时,不一定产生光电效应,验电器指针的张角也不一定会发生变化,故D错误。 2.如图所示为光电管电路的示意图,在光电管电路中,下列说法错误的是 (　　) 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 C 解析:在光电管中,当光照射到阴极K时,产生的光电子在A极(阳极)的吸引下飞向A极,形成光电流,使电路导通,实现光电转换,故A、B、D正确,C错误。 二 要点2　光电效应的实验规律 15 一、光电效应的实验规律 1.截止频率:对于每一种金属,只有当入射光频率　　　　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。  2.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　　。我们把这时的电压称为遏止电压,用符号　　　　表示。  3.遏止电压只与入射光的　　　　有关,而与入射光的　　　　无关。  梳理 必备知识 自主学习 大于 零 Uc 频率　 强度 二、经典电磁理论解释的困难 根据经典电磁理论,只要入射光的强度足够强,任何频率的入射光都应该能够产生光电子,光电子的初动能也应该由入射光的强度决定。但是实验结果却表明,每种金属都对应有一个不同的截止频率,而且遏止电压只与入射光的频率有关,与入射光的强度无关。由此可见,经典电磁理论在解释光电效应实验时遇到了根本性的困难。 [思考与讨论] (1)发生光电效应的条件是什么? (2)光电子的最大初动能与入射光的强度有关还是与入射光的频率有关? 提示:(1)入射光的频率大于金属的截止频率。 (2)入射光的频率。 一、光电效应的规律 1.每种金属都有一定的截止频率,当入射光的频率低于截止频率时,不管入射光的强度多大、照射时间多长都不会产生光电子,一旦入射光的频率超过截止频率,则不管光有多么弱都会产生光电效应,发出光电子。 2.在发生光电效应的条件下,光电流的大小或单位时间内逸出的光电子数目由光的强度决定。 归纳 关键能力 合作探究 3.饱和电流与光的强度有关,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。 4.随着反向电压的增大,光电流逐渐减小,说明金属中逸出的光电子的初动能是不同的,而光电子的最大初动能与遏止电压是对应的,即Ek=m=eUc。 5.遏止电压随入射光频率的增大而增大,与入射光的强度无关。说明光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大,与入射光的强度无关。 二、经典电磁理论与光电效应的矛盾   经典电磁理论的结论 光电效应的实验事实 成功解释 的现象 光越强,电磁波的振幅越大,对电子的作用越强,电子振动越厉害,电子越容易从物体内部逃逸出来 光越强,光电流就越大 矛盾 之一 无论入射光频率多大,只要光足够强,电子就能获得足够的能量逸出金属表面 每一种金属都有一定的截止频率,当入射光频率低于截止频率时,无论光的强度多大,照射时间多长都不发生光电效应   经典电磁理论的结论 光电效应的实验事实 矛盾 之二 电子的动能应该由入射光的能量即光强决定 光电子的最大初动能与入射光的强度无关,与入射光的频率有关 矛盾 之三 光的强度足够大,电子就能获得足够的能量,电子就能逸出金属表面,电子能量增加应该有一个积累过程,电子才能逸出金属表面 若能发生光电效应,即使光很弱,也是瞬间发生的 [例2]　(2024·揭阳高二期末)如图所示,用一光电管进行 光电效应的实验,当用某一频率的光照射时,有光电流产 生,下列说法正确的是(　　) A.遏止电压的大小与入射光的频率无关,仅与入射光的 光强有关 B.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大,饱和光 电流变大 C.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生 D.保持入射光的频率不变,入射光的强度变大,饱和光电流变大 D [解析]　根据光电效应的实验规律可知,遏止电压的 大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关,故A 错误;光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增 大,所以入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大, 但饱和光电流与入射光的强度有关,故B错误;不断减小 入射光的频率,若入射光的频率小于截止频率则不能产 生光电流,故C错误;在入射光频率不变的情况下,入射光强度变大,光子数增加,从金属板逸出的光电子数增加,饱和光电流变大,故D正确。 [针对训练]　3.(2024·梅州高二期末)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光的强度可能使通过电流计G 的电流增大 C.只增加b光的强度可使电流计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 B 解析:a光能发生光电效应而b光不能发生光电效应,可知a光频率大于阴极K的截止频率而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;当电流未到达饱和电流时,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;能否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d到c,则通过电流计G的电流是由c到d,D错误。 4.(2024·广东揭阳期末)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光电流 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U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 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光电流,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;因光电管所加电压为反向电压,则滑片从左向右移动,电压变大,射到A极的光电子变少,电流表示数变小,D错误。 三 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 [A组　基础巩固练] 1.如图所示,把一块不带电的锌板用导线连接在验电器上,当用某频率的紫外线照射锌板时,发现验电器指针偏转一定角度,下列说法正确的是 (　　) A.验电器带正电,锌板带负电 B.验电器带负电,锌板也带负电 C.若改用红光照射锌板,验电器的指针一定也会偏转 D.若改用同等强度、频率更高的紫外线照射锌板, 验电器的指针也会偏转 D 11 解析:用紫外线照射锌板,锌板失去电子带正电,验电器与锌板连接,则验电器带正电,A、B错误;根据产生光电效应的条件可知,若改用频率更小的红光照射锌板,不一定能发生光电效应,所以验电器的指针不一定会发生偏转,C错误;根据产生光电效应的条件可知,发生光电效应与光的频率有关,若改用同等强度、频率更高的紫外线照射锌板,验电器的指针也会偏转,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 2.下列关于光电效应现象的叙述错误的是(　　) A.光电效应是指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 B.光电效应存在截止频率 C.入射光的强度太小时不可能发生光电效应 D.光电效应几乎是瞬时发生的 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 C 11 解析:光电效应是指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,选项A正确;光电效应存在截止频率,当入射光的频率大于截止频率时才能发生光电效应,选项B正确;能否发生光电效应与入射光的强度无关,只与入射光的频率有关,选项C错误;光电效应几乎是瞬时发生的,不需要时间积累,选项D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 3.(2024·广东广州高二期末)某金属在黄光照射下不能发生光电效应,以下可能使它发生光电效应的是(　　) A.增加黄光的照射时间　　　 B.增大黄光的照射强度 C.改用红光照射 D.改用紫光照射 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 D 11 解析:要使该金属产生光电效应,可以增大入射光的频率(或减小入射光的波长),延长照射时间、增大光的强度都不会使金属发生光电效应,所以可能使它发生光电效应的是改用频率更大的紫光照射,故选项D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 4.在研究光电效应实验时,如果绿光刚好可以使金属发生光电效应,那么换成黄光时(　　) A.一定能发生光电效应 B.只要时间足够长就会发生光电效应 C.能否发生光电效应取决于照射黄光的强度 D.不能发生光电效应 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 D 11 解析:因为绿光刚好可以使金属发生光电效应,说明该金属的截止频率等于绿光的频率。黄光的频率比绿光低,即小于金属的截止频率,因此无法产生光电效应,故A错误,D正确;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,与入射光的强度无关,与光照时间也无关,故B、C错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 5.(多选)(2024·广东潮州高二期末)光电效应实验中,下列表述正确的是 (　　) A.光照时间越长光电流越大 B.遏止电压与入射光的频率有关 C.入射光足够强就可以有光电流 D.入射光频率大于截止频率才能产生光电子 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 BD 11 解析:光电流的大小与光照时间无关,与光的强度有关,故A错误;根据光电效应规律可知遏止电压与入射光频率有关,故B正确;发生光电效应的条件是入射光频率大于截止频率,与入射光强度无关,故C错误,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 6.某光源发出的光由不同频率的光组成,不同频率的光的强度如图所示,表中给出了某些材料的截止频率,用该光源发出的光照射表中材料,下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 D 材料 钾 钙 钨 截止频率(×1014 Hz) 5.44 7.73 10.95 A.仅钾能产生光电子 B.仅钨、钙能产生光电子 C.仅钙、钾能产生光电子 D.钨、钙、钾都能产生光电子 11 解析:由题图可知,该光源发出的光的频率大约在6×1014 Hz到14×1014 Hz之间,而三种材料中,截止频率最大的钨的截止频率是10.95×1014 Hz,小于14×1014 Hz,所以该光源能使三种材料都产生光电效应,故选项D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 7.(2024·云浮高二期末)研究光电效应的实验电路图如图所示,滑动变阻器滑片处于图示位置。用绿光照射阴极K时,电流表示数为零,要使得电流表有示数(　　) A.可将照射光改为红光 B.可将电源正负极调换 C.可改变阴极K的材料 D.可将滑动变阻器滑片向左移动 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 C 11 解析:此时光电管加的是正向电压,电流表示数为零,说明没有发生光电效应。将照射光改为红光,则照射光频率减小,仍不会发生光电效应,故A不符合题意;将电源正负极调换或将滑动变阻器滑片向左移动,仍不会发生光电效应,故B、D不符合题意;改变阴极K的材料,当入射光频率大于阴极材料的截止频率时即可发生光电效应,故C符合题意。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 [B组　综合强化练] 8.(2024·广东电白高二期末)利用如图所示的电路研究光电效应现象,滑片P的位置在O点的正上方。已知入射光的频率大于阴极K的截止频率,且光的强度较大,则(　　) A.减弱入射光的强度,遏止电压变小 B.P不移动时,微安表的示数为零 C.P向a端移动,微安表的示数增大 D.P向b端移动,光电子到达阳极A的最大动能增大 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 D 11 解析:遏止电压仅与入射光频率有关,与光照强度无关,故 A错误;P不移动时,滑片P在O点正上方,光电管两端电压 为零,由于入射光的频率大于阴极K的截止频率,则会发生 光电效应,微安表应有示数,故B错误;P向a端移动,则光电 管两端所加电压为反向电压,阻碍电子向A板运动,则光电 流变小,微安表的示数变小,故C错误;P向b端移动,则光电管两端所加电压为正向电压,由eUAK=EkA-Ek初,光电子到达阳极A的最大动能增大,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 9.(2024·河北衡水月考)某同学用如图所示的电路研 究光电效应,当滑动变阻器的滑片P位于A、B的中点, 开关S闭合时,一束一定强度的绿光照射到光电管阴 极K上,电流表G的指针发生偏转。以下说法正确的 是(　　) A.若仅把电源正负极调换,电流表G的指针偏转角度可能变大 B.若仅将绿光换成橙光照射阴极K电流表G的指针一定不偏转 C.若仅将滑片P向B端移动,电流表G的指针偏转角度可能不变 D.若仅换用强度相同的紫外线照射阴极K,电流表G的指针偏转角度一定不变 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 C 11 解析:仅把电源正负极调换,光电子到达阳极的数目减 少,电流表指针偏转角度一定变小,A错误;若用橙光照 射阴极K,因其频率小于绿光,因此可能不发生光电效应, 也可能会发生光电效应,电流表指针可能偏转,B错误;光 电管两端加的是正向电压,若开始时光电流已饱和,P向B端移动,电流表读数也不变,C正确;在绿光照射刚好达到饱和电流的情况下,若用一束强度相同的紫外线照射阴极K,由于紫外线的频率大于绿光的频率,则单位时间发出的光子数目减少,单位时间内到达阳极的电子数目会减少,电流表读数(指针偏转角度)减小,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 10.如图所示是利用光电管产生光电流的电路,关于此电 路,下列说法正确的是(　　) A.a为电源的负极,b为电源的正极 B.若用蓝光照射阴极K能观察到光电流,则用黄光也 一定能观察到 C.在光电管中电流方向是从K指向A D.若已知光电管中的电流大小,则可求出每秒从光电管阴极至少发射的光电子个数 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 D 11 解析:电子从K极出来后向A极运动,受到向左的电场力,a为电源的正极,b为电源的负极,所以A错误;入射光频率必须大于极限频率才能产生光电效应,因为蓝光的频率大于黄光的频率,所以蓝光照射能发生光电效应,但是黄光不一定能,所以B错误;由于光电子从K飞向A,则在光电管中电流方向是从A指向K,所以C错误;由I=知,若已知光电管中的电流大小可求出每秒从光电管阴极至少发射的光电子个数,所以D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 [C组　培优选做练] 11.(2024·广东电白一中高二期中)在研究光电效应现象时,有如图甲、乙所示的两种电路连接方式。试回答下列问题: 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 (1)通过图　　　　(选填“甲”或“乙”)所示的电路进行研究,可以得出光电子的最大初动能只与照射光的频率有关,而与照射光的强弱无关的结论;通过图　　　　(选填“甲”或“乙”)所示的电路进行研究,可以得出照射光的强度大小决定了逸出光电子数目多少的结论。  (2)某次实验时,先用图甲所示电路研究,调节滑动变阻器,发现当电压表示数大于或等于1.5 V时,电流表示数为零,再用图乙所示电路研究,则当电压表示数为3 V时,电子到达阳极时的最大动能为　　　　 eV。  2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 甲　 乙 4.5 解析:(1)题图甲的电压加在光电管上是反向电压,光电子飞出后做减速运动,增大电压让电流表刚好无电流时对应遏止电压,可用来研究光电子最大初动能的大小,可以得出光电子的最大初动能只与照射光的频率有关,而与照射光的强弱无关的结论。题图乙的电压加在光电管上是正向电压,让尽量多的光电子能加速参与导电,形成光电流,利用饱和电流的大小反映照射光的强度,可以得出照射光的强度大小决定了逸出光电子数目多少的结论。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 (2)由题可知遏止电压为1.5 V,则有-eUc=0-Ekm,可得最大初动能为Ekm=eUc=1.5 eV。 题图乙中的电压让所有光电子加速,由动能定理有eU1=Ek1-Ekm,则电子到达阳极时的最大动能为Ek1=eU1+Ekm=3 eV+1.5 eV=4.5 eV。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 $$