6.2 光电效应（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（教科版）

该高中物理课件聚焦光电效应核心内容，涵盖概念、实验装置、实验规律（截止频率、饱和光电流等）、光量子理论及爱因斯坦光电效应方程，通过实验现象引入，逐步过渡到理论分析，搭建连贯的学习支架帮助学生构建知识脉络。 其亮点在于结合实验图像（如Ek-ν关系图、I-U曲线）和知识辨析问题，培养学生科学探究能力与科学思维，通过典例分析强化科学推理和模型建构，助力学生形成能量观念，教师可借助结构化内容提升教学效率，学生能深化对物理规律的理解与应用。

1.光电效应的概念 　　当紫外线照射在金属表面上时,金属中的电子会因吸收光的能量而逸出金属表面,这种 现象称为光电效应,逸出来的电子称为光电子。 2.光电效应的研究 　　如图,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃容器中的两个电极,阴极K在受到紫外线照射时 能够发射光电子。电源按图示极性连接,闭合开关后,用紫外线照射阴极K,阴极K发出光电 子,其在电场力作用下向阳极A移动,形成光电流。改变阴极K与阳极A之间的电压UAK,测出 光电流的大小,研究光电效应现象的规律。 必备知识 清单破 2 光电效应 知识点1 光电效应 第六章 波粒二象性 高中同步   第六章 波粒二象性 高中同步 3.光电效应的实验规律 (1)存在截止频率 　　对于给定的阴极材料,都存在一个发生光电效应所需的入射光的最小频率ν0,叫作光电效 应的截止频率。只有超过截止频率的光才能引起光电效应。实验表明,不同金属的截止频率 不同。 (2)存在饱和光电流 　　在光照条件不变的情况下,当电压较小时,光电流随着正向电压的增大而增大;但当电压 增大到一定值后,即使电压再增大,光电流也不会再增大了,此时的光电流称为饱和光电流。 当入射光的频率不变时,饱和光电流随光的强度的变化而变化,光的强度越大,饱和光电流越大。 第六章 波粒二象性 高中同步 (3)光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系,与光的强度无关。 (4)光电效应具有瞬时性 　　当入射光的频率超过截止频率νc时,无论入射光怎样微弱,照到金属时会立即产生光电流。 第六章 波粒二象性 高中同步 光量子概念的提出　光电效应方程 1.光子说 　　爱因斯坦认为:光本身就是不连续的,而是由单个的能量子组成的,这些能量子称为光量 子,简称光子。每一个光子的能量为ε=hν,其中h为普朗克常量,ν为光的频率。因此,不同频率 的光子具有不同的能量。 2.逸出功 　　电子由金属内逸出表面时所需做的功W,叫作逸出功。 3.爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式:hν= m +W。 知识点2 第六章 波粒二象性 高中同步 (2)截止频率与逸出功:光电效应方程表明光电子的最大初动能和入射光的频率成线性关系, 当最大初动能等于零时,金属表面不再有光电子逸出,这时入射光的频率就是截止频率νc,即νc = 。 4.爱因斯坦光电效应方程对光电效应的解释 (1)这个方程表明,只有当hν>W时,光电子才可以从金属中逸出,νc= 就是光电效应的截止频 率。如图所示。 第六章 波粒二象性 高中同步 (2)这个方程还表明,光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν有关,而与光的强弱无关。 (3)电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积累能量的时间,光电流几乎是瞬时产生的。 (4)对于同种频率的光,光较强时,单位时间内照射到金属表面的光子数较多,照射金属时产生 的光电子较多,因而饱和光电流较大。 第六章 波粒二象性 高中同步 知识辨析 1.光电子的最大初动能与入射光的强度有关吗? 2.在光电效应实验中,是只要光的强度足够大,就能发生光电效应吗? 3.电子吸收光子的能量后,都能从金属表面逸出吗? 第六章 波粒二象性 高中同步 一语破的 1.无关。由爱因斯坦光电效应方程hν= m +W可知,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。 2.不是。能不能发生光电效应由入射光的频率决定,与入射光的强度无关。 3.不是。若电子吸收的能量大于逸出功,会从金属表面逸出,且具有一定的动能;若电子吸收 的能量恰好等于逸出功,电子恰好能从金属表面逸出,速度为0;若电子吸收的能量小于逸出 功,则电子不会从金属表面逸出。 第六章 波粒二象性 高中同步 1.饱和光电流、遏止电压和最大初动能 (1)饱和光电流:在光电效应的研究实验中,入射光强度和频率不变的情况下,实验可得到I-U曲线如图所示,由图可知,当加速电压增大到一定值时,光电流达到饱和值,即存在饱和光电流Im。 关键能力 定点破 定点1　对光电效应的实验规律的理解 第六章 波粒二象性 高中同步 (2)遏止电压和最大初动能:在光电效应的研究实验中,如果施加反向电压,也就是阴极K接电源正极、阳极A接电源负极,在两极间形成使电子减速的电场,电场阻碍电子的运动,当反向电压较小时,仍有部分光电子到达阳极A。但当反向电压等于Uc时,能阻止所有的光电子到达阳极A,使光电流降为零,这个电压叫遏止电压,它使具有最大初速度的光电子也不能到达阳极A。可以根据遏止电压Uc来确定光电子的最大初速度vm和最大初动能,即Ek= m =eUc。 2.存在截止频率 (1)在用相同频率、不同强度的光去照射阴极K时,得到的I-U曲线如图所示,它显示了不同强 度的光的遏止电压Uc是相同的,饱和光电流Im是不同的,这说明相同频率、不同强度的光产生 的光电子的最大初动能是相同的,所产生的饱和光电流Im是不同的,光照强度越强,饱和光电 流越大。 第六章 波粒二象性 高中同步   (2)用相同强度、不同频率的光去照射阴极K时,实验结果是:频率越高,Uc越大,如图甲所示(ν 3>ν2>ν1);还得到了遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线,它们成线性关系,如图乙所示。频 率低于νc的光,不论光强多大,都不能产生光电子,因此νc称为截止频率,截止频率νc与材料有关, 对于不同材料,截止频率不同。 第六章 波粒二象性 高中同步  甲　     乙 3.饱和光电流与入射光强度的关系 　　饱和光电流Im的大小与入射光的强度成正比,也就是单位时间内逸出的光电子数目与入 射光的强度成正比。入射光越强,包含的光子数越多,照射金属时产生的光电子越多,因而饱 和光电流越大。 4.光电子的最大初动能(或遏止电压)与入射光强度的关系 　　光电子的最大初动能(或遏止电压)与入射光的强度无关,只与入射光的频率有关,频率越 高,光电子的最大初动能(或遏止电压)越大。 第六章 波粒二象性 高中同步  对爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0的理解及应用  1.爱因斯坦光电效应方程中的Ek是光电子的最大初动能,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。 2.爱因斯坦光电效应方程实质上是能量守恒方程。能量为ε=hν的光子被电子吸收,电子把这 些能量的一部分用来克服金属对它的吸引,另一部分就是电子离开金属表面时的动能。如果 克服吸引力做功最少为W0,则电子离开金属表面时动能最大为Ek,根据能量守恒定律可知Ek= hν-W0。 3.爱因斯坦光电效应方程包含了发生光电效应的条件:若发生光电效应,则光电子的最大初动 能必须大于零,即Ek=hν-W0>0,可知hν>W0,ν> =νc,而νc= 恰好是光电效应的截止频率。 定点2　 第六章 波粒二象性 高中同步 典例　某同学采用如图所示的实验电路研究光电效应,用某单色光照射光电管的阴极K时,会 发生光电效应现象。闭合开关S,在阳极A和阴极K之间加上反向电压,通过调节滑动变阻器 的滑片逐渐增大电压,直至电流计中电流恰好为零,此时电压表的示数U称为遏止电压。根据 遏止电压,可以计算出光电子的最大初动能【1】。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极【2】, 测量到遏止电压分别为U1和U2,设电子的电荷量为e,求:   (1)阴极K所用金属的截止频率; (2)用题目中所给条件表示普朗克常量h。 第六章 波粒二象性 高中同步 信息提取　【1】光电子在遏止电压作用下做减速运动,刚好到达阳极A;根据遏止电压的值, 应用动能定理可求出光电子的最大初动能。 【2】应用爱因斯坦光电效应方程解决光电效应现象的综合问题。 第六章 波粒二象性 高中同步 思路点拨    对两个光电效应现象,应用动能定理分别写出对应的方程,应用爱因斯坦光电效 应方程分别写出对应的表达式,联立这些方程即可求解。 第六章 波粒二象性 高中同步 解析     (1)(2)由于阳极A和阴极K之间所加电压为反向电压,根据动能定理有 -eU1=0-Ek1,-eU2=0-Ek2(由【1】得到), 根据爱因斯坦光电效应方程有Ek1=hν1-W0,Ek2=hν2-W0(由【2】得到), 其中W0=hν0, 联立以上各式解得ν0= , h= 。 答案    (1)     (2)  第六章 波粒二象性 高中同步 图像名称 图线形状及信息读取 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线   定点3　光电效应三类图像的比较 第六章 波粒二象性 高中同步 遏止电压Uc与入射光频率ν 的关系图线   第六章 波粒二象性 高中同步 光电流I与电压U的关系图线   第六章 波粒二象性 高中同步 典例    如图所示【1】,分别用1、2两种材料作为K极 进行光电效应探究,其截止频率ν1<ν2,保持入射光 不变,则光电子到达A极时动能的最大值Ekm【2】 随电压U变化关系的图像是     (　    ) C 第六章 波粒二象性 高中同步 信息提取　【1】光电管所加电压为正向电压。 【2】Ekm与发生光电效应后逸出的光电子的最大初动能Ek有区别。 思路点拨    根据爱因斯坦光电效应方程 及逸出功与截止频率的关系W0=hνc【4】, 得出光电子的最大初动能表达式,再根据动能定理【5】,得出光电子到达A极时动能最大值的 表达式,最后跟Ekm-U图像对照,注意图像斜率与纵轴截距的物理意义,从而确定正确的选项。 第六章 波粒二象性 高中同步 解析    光电子的最大初动能Ek= hν-hνc (由【3】【4】得到), 光电管所加电压为正向电压,对光电子做正功,有eU=Ekm-Ek(由【1】【2】【5】得到), 得光电子到达A极时动能的最大值Ekm=eU+hν-hνc, 对照Ekm-U图像可知,图线的斜率都应为e,两图线应平行,A、B错误; 纵轴截距为hν-hνc,截止频率越大,则图线在纵轴上的截距越小, 因ν1<ν2,则C正确,D错误。故选C。 答案    C 第六章 波粒二象性 高中同步 $