6.2 光电效应 课件 -2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦“光电效应”核心内容，从人类对光本性的认识发展切入，回顾光的电磁说成功与局限，引导学生进入光电效应的探究，构建“现象—规律—理论解释”的知识脉络支架。 其亮点在于以实验现象为基础（如不同滤光片照射的光电流差异）归纳规律，结合爱因斯坦光子说与能量守恒推导方程，培养科学思维与探究能力；辨析光子、光电子等概念，强化物理观念；补充饱和电流、伏安特性曲线等知识，搭配课堂练习巩固。学生能系统构建知识体系，提升分析能力；教师可直接使用实验案例与练习，优化教学效率。

第二节 光电效应 教科版选择性必修三第六章 波粒二象性 1 回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？ 光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步，取得了巨大的成功。但是，这个学说并不能完美地解释所有的光现象。那就是本节课所讨论的课题 ——光电效应 一、光电效应 用弧光灯照射锌板，与锌板相连的验电器就带正电，这说明锌板在光的照射下发射了电子。 1、光电效应的发现： 赫兹 2、光电效应的定义： 当光照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。 光电子定向移动形成的电流叫光电流 光电效应的实质：光现象转化为电现象。 【注】 光可以是可见光，也可以是不可见光。 如弧光灯发出的是紫外线. 光电效应说明了光具有粒子性。 5 S为抽成真空的光电管， C是石英窗口，光线可通过它照射到金属板K上，金属板A和K组成一对电极与外部电路相连接． 光源为白炽灯，在光源和石英窗口C之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节. 二、光电效应的规律 [装置]光电效应演示仪． 6 [现象一] 在没有光照射K时，电压表V有示数，电流表没有示数，说明什么？ [说明] KA之间有电场存在，但没有光照射K时没有光电子逸出，说明没有发生光电效应． 电源作用：使电子加速，I增大，便于观察 7 保持KA间电压一定，灯泡亮度一定，在窗口 C前依次放上红色、橙色、绿色滤光片，观察到红光照射金属板K时没有光电流，橙光和绿光照射时有光电流． 　　 　　用红光照射时改变入射光的亮度和改变电场电压都没有光电流；但用橙光和绿光照射时，即使减小入射光的亮度和减小电场电压都有光电流。 8 【说明】某种金属发生光电效应时，存在一个最小频率，只有当入射光的频率大于或等于这个最小频率时，才能发生光电效应，这个最小频率就叫这种金属的极限频率γ0 【归纳】（71页） 规律1 ：任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于或等于该金属的极限频率γ0，才能产生光电效应（光电效应的产生条件） 9 [现象二] 给光电管电极KA间加正向电场，以高于极限频率的某种光入射，保持电压不变，增加入射光的强度，发现光电流的强度增大． 10 [说明] 当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，则光电流的强度与入射光的强度成正比． 【归纳】（71页） 规律2 ：当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，则光电流的强度与入射光的强度成正比． 11 [现象三] 用绿光照射金属板K,逐渐减小KA间的正向电压，直到电压为零时，电流表仍有示数，说明光电流依然存在． 如果在KA间加一反向电压，光电子所受电场力方向与速度方向相反，光电子作减速运动，则光电流变小，增大反向电压，使光电流刚好为零; 若保持反向电压和入射光的频率不变，调亮灯泡，发现光电流仍然为零; 若将入射光的频率增大，发现光电流增大，不再为零． 12 【说明】光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率增大而增大。 【归纳】（？页） 规律3 ：光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率增大而增大。（线性关系，并非正比） 13 （？页） 规律4 ：入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬 时的（ t﹤10-9秒） 14 【归纳】 ①任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于或等于该金属的极限频率γ0，才能产生光电效应．（光电效应的产生条件） ②当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，则光电流的强度与入射光的强度成正比． ③光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率增大而增大．（线性关系，并非正比） ④入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的（ t﹤10-9秒） 15 （1）波动理论解释不了极限频率，认为光的强度由光波的振幅决定，跟频率无关，只要入射光足够强，就应该能发生光电效应．但事实并非如此． （2）波动理论解释不了光电子的最大初动能，只与光的频率有关而与光的强度无关． （3）波动理论解释不了光电效应发生的瞬时性． 三、波动理论解释不了光电效应 16 1、爱因斯坦的光子说： 四、合理解释光电效应的规律 在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子． 光子的能量跟光的频率γ成正比。E＝hγ 其中： E是光子的能量; γ是光的频率. h=6.63×10-34J.S，叫做普朗克常量; 17 【补充】光的强度（简称光强）： 指在与垂直光的传播方向上，单位面积1秒内获得的能量（即所有光子的能量和）。 公式：I光强=n hγ n是指垂直与光的传播方向上，单位面积1秒内通过的光子个数。 18 ①为什么存在极限频率？ 2、光子说对光电效应的解释（？页）． 因为当光照到金属上，即光子打在金属上时，它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收，即一个电子吸收一个光子。电子吸收光子后，电子的能量增加。 如果光子的能量较大，即光的频率较大，当金属中的电子吸收光子后，电子增加的能量足够大，电子就能克服金属内带正电的原子核对它的引力，离开金属表面，逃逸出来，成为光电子。即发生光电效应现象。 19 如果光子的能量较小，即光的频率较小，当金属中的电子吸收光子后，电子增加的能量小于电子逃逸出来所需功的最小值，那么无论光多么强，照射时间多么长，也就是说这种能量比较小的光子无论数目多么多，也不能使电子从金属中逃逸出来。即不能发生光电效应现象。所以说存在极限频率。 【强调】由于不同金属内部正电荷对电子的束缚程度不同，因此电子逃逸出来所做的功也不一样,所以不同金属的极限频率不同. 20 ②为什么当入射光频率大于极限频率时，保持频率不变，光电流的强度与入射光强度成正比？ 当入射光频率大于极限频率时，一定有电子吸收光子能量后逸出成为光电子，即发生光电效应现象。由于对同种颜色（即频率一定）的光，光的强度大是指单位时间内射到单位面积的光子的数目多，因此造成单位时间内逸出金属成为光电子的电子数目较多，因此每秒钟通过横截面的光电子数多，所以光电流较大．所以光电流的强度与入射光强度成正比。 21 ③为什么光电子的最大初动能只与入射光频率有关而与光强无关呢？ 因为每个光子的能量E=hγ，它只与光的频率γ有关，而且频率越大的光，光子的能量越大．又一个光子的能量被一个电子吸收后，一般分成两部分：一部分用于克服金属内正电荷对它的引力做功，另一部分作为它逸出金属表面的初动能。根据能量守恒定律：hγ= W克＋EK0 22 又在光电效应中，金属中的不同电子，克服金属内正电荷对它的引力做的功一般不同，其中表面的电子克服金属内正电荷对它的引力做的功最小，则该电子脱离这种金属所具有的初动能将最大。 对金属表面的电子： EKm= hγ-W逸 （爱因斯坦光电效应方程） 可见Ekm只与入射光的频率有关，与光强无关。 23 3、光电效应方程： EKm= hγ-W逸（？页） 其中：EKm是逸出的光电子的最大初动能． W逸是逸出功：使电子脱离金属所需的最小功， 即是金属表面的电子逸出金属表面所做的功 ②加反向电压时 ①逸出功和极限频率的关系 ： 已知反向截止电压U0,则可求EKm 【强调】 W逸=hγ0 24 为什么光电效应具有瞬时性？ 　 因为一个电子吸收一个光子，即电子吸收光子的能量是一口吃下，因此造成金属中的电子对于光子的吸收是十分迅速的。 25 光子 光电子 光电流 光子能量E E＝hγ 光强 I光强 I光强=n hγ 光电子的最大初动能EKm EKm= hγ-W逸 逸出功 W逸 W逸=hγ0 反向截至电压U0 q U0 =EKm 【辨析】 26 【补充1】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，光电流达到某一值后不再增大，趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和电流. 【结论】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. I U O U 遏 止 电 压 I s 饱和 电流 黄光（ 强） 黄光（ 弱） 蓝光 U b 实验表明:对于一定颜色(频率)的光照射同一金属, 无论光的强弱如何,遏止电压是一样的;光的频率ν改变，遏止电压也会改变。 因为：光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。 【补充2】光电效应伏安特性曲线 【补充3】 EKm= hγ-W逸 29 一验电器与锌板相连，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角． (1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”、“减小”或“不变”)． (2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转． 　无 减小 注意：电子是跑出金属表面，并不是沿导线到验电器上。因为验电器和锌板是一个整体，等势体。 30 利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则 (　　) A．用紫外线照射，电流表不一定有 电流通过 B．用红光照射，电流表一定无电流通过 C．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过 D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变 D 好题 D项涉及饱和电流：当初动能最小的电子都到达A端，此时电流达最大，后面再增大电压，电流也不会变化了（可举具体的数据说明） 31 入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么 (　　) A．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显减少 B．逸出的光电子的最大初动能将减小 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D．有可能不发生光电效应 C 32 如图所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为 (　　) A．1.9 eV B．0.6 eV C．2.5 eV D．3.1 eV C 33 如图所示是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的关系图象，由图象可知(　　) A．该金属的逸出功等于E B．该金属的逸出功等于hν0 C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为E D．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E AB 34 mv2－ν图线 如图所示，为光电子最大初动能mv2随入射光频率ν的变化图线，由hν＝mv2＋W知，横轴上的截距是阴极金属的截止频率ν0，纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值－W，斜率是普朗克常量h. $