第6章 第1节 光电效应及其解释（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（鲁科版）

该高中物理课件聚焦波粒二象性核心内容，以光电效应为重点，通过锌板静电计实验等导入，从现象定义、实验规律（极限频率等）到光子说解释、方程应用，构建“现象-规律-本质-应用”的知识脉络，辅以问题链和概念辨析作为学习支架。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，通过光电效应U-I图像分析、光子能量与光强对比等，深化能量观念与粒子波动观念。采用问题驱动教学，如“为何反向电压能使光电流为零”，助力学生理解规律，教师可直接用于课堂，提升教学效率。

1.光电效应定义 物理学中,在光的照射下电子从物体表面逸出的现象,称为光电效应。这种逸出的电子称为 光电子。 2.研究光电效应的电路图 如图,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,阴极在受到光照时能够发射光电 子。阴极K与阳极A之间电压U的大小可以调整,电源的正负极也可以对调。电源按图示极 性连接时,闭合开关后,阳极A吸收阴极K发出的光电子,在电路中形成光电流。电压U为0时 电流I并不为0。 第1节　光电效应及其解释 知识 清单破 知识点 1 知识点 1 光电效应 第6章　波粒二象性 高中同步   3.光电效应的实验规律 (1)存在极限频率:当入射光的频率低于某一频率时,光电流消失,不会产生光电效应,这个频率 称为极限频率。极限频率与金属的种类有关。只有当入射光的频率大于或等于极限频率时, 才会产生光电效应。当入射光的频率小于极限频率时,即使增加光的强度或照射时间,也不 第6章　波粒二象性 高中同步 能产生光电效应。 (2)光电效应的瞬时性:从光照射到金属表面至产生光电效应间隔的时间很短,通常在10-9 s 内。 (3)存在饱和电流:产生光电效应时,在光照强度不变的情况下,光电流随电压的增大而增大,当 电流增大到一定值后,即使电压再增大,电流也不再增加,达到一个饱和值。在光频率不变的 情况下,入射光越强,单位时间内逸出的电子数越多,饱和电流越大。 第6章　波粒二象性 高中同步   (4)存在遏止电压:阴极逸出的光电子具有初动能,因此在外加电压调到零时仍有光电流。如 果施加反向电压,在电压较低时也还有光电流,只有当反向电压大于某一值时,光电流才为零, 这一电压值称为遏止电压。遏止电压Uc与光电子最大初动能满足的关系式为eUc= m 。 第6章　波粒二象性 高中同步 1.光子说:光由数量有限的、分立的光子组成,每一个光子能量为ε=hν(h为普朗克常量,ν为光 的频率)。 2.爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式:hν=W+ mv2。 (2)各物理量的意义:hν表示一个光子的能量,W为逸出功, mv2表示电子离开金属表面的最大 初动能。 (3)光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的曲线。 知识点 1 知识点 2 光电效应的解释 第6章　波粒二象性 高中同步 1.光电开关:控制电路的接通或断开。 2.光电成像:原理是利用光电效应将光信号转换成电信号,然后再将电信号转换成光信号。 知识点 1 知识点 3 光电效应的应用 第6章　波粒二象性 高中同步 1.光的波动性实例:英国科学家托马斯·杨用光的波动理论解释了光的干涉现象;法国科学家 菲涅耳用光的波动理论定量计算了光的衍射光强分布;麦克斯韦提出光是一种电磁波。 2.光的波粒二象性:事实上光子既有粒子的特征,又有波的特征,光具有波粒二象性。 3.概率波:光波是一种概率波,光子出现在哪个位置,受概率支配。 知识点 1 知识点 4 光的波粒二象性 第6章　波粒二象性 高中同步 1.金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。 (　    ) 金属表面是否发生光电效应与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关。 2.光电效应实验中光照时间越长光电流越大。 (　    ) 光电效应实验中光电流的大小与光照时间无关。 3.不同的金属逸出功不同,因此金属对应的极限频率也不同。 (　    ) 4.光的波动性和粒子性是统一的,光具有波粒二象性。 (　    ) 知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。 ✕ ✕ √ √ 第6章　波粒二象性 高中同步 　　如图所示是光电效应的实验示意图,当用紫外线照射锌板时,静电计指针张开。再用与 丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近锌板,则静电计的指针张角会变大。 疑难 情境破 疑难 对光电效应的理解 情境探究 第6章　波粒二象性 高中同步 问题1 为什么用紫外线照射锌板会使静电计的指针偏转? 提示    锌板本身是呈电中性的,静电计的指针偏转说明锌板带了电荷。 问题2 用与丝绸摩擦过的玻璃棒去靠近锌板,静电计的指针张角会变大,说明什么? 提示    说明在紫外线的照射下锌板失去电子而带正电。 提示 提示 第6章　波粒二象性 高中同步 问题3 用如图所示的装置研究光电效应的实验时为什么要加正向电压?不加正向电压电路中有电 流吗?   提示    光束照在阴极K上会产生光电效应,但只有极少的电子能到达阳极A,电路中的电流很 小。加了正向电压后,大量的电子在电场力的作用下向阳极运动,形成较大电流。 提示 第6章　波粒二象性 高中同步 问题4 光电流是怎样定义的?上述实验中,保持光照条件不变,逐渐增大两极之间的电压,会出现什么 结果? 提示    光电子在电场作用下定向移动形成光电流;随着所加电压的增大,光电流先增大然后 趋于一个饱和值。 提示 问题5 上述实验中,若电压调为零,光电流一定为零吗?若为零,请说明原因;若不为零,请说明怎样才 能使光电流为零。 提示    当所加电压为零时,电流并不为零。只有施加反向电压,也就是阴极K接电源正极,阳 极A接电源负极,在光电管两极间形成使电子减速的电场,这时光电流才可能为零。 提示 第6章　波粒二象性 高中同步 1.认识几个概念 (1)光子与光电子 光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电;光电子是金属表面受到光照射时发射出 来的电子,其本质是电子。光子是光电效应的因,光电子是果。 (2)光电子的动能与光电子的最大初动能 光照射到金属表面时,光子的能量全部被电子吸收,电子吸收了光子的能量,可能向各个方向 运动,需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量,剩余能量为光电子的初动能;金属 表面的电子直接向外飞出时,只需克服原子核的引力做功,具有最大初动能。光电子的初动 能小于或等于光电子的最大初动能。 (3)光子能量与入射光的强度 讲解分析 第6章　波粒二象性 高中同步 光子能量即每个光子的能量,其值为ε=hν(ν为光子的频率),其大小由光的频率决定。入射光 的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量,入射光的强度等于光子能量与单 位时间、单位面积内入射光子数的乘积。 (4)光电流与饱和电流 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,光电流先增 大然后趋于一个饱和值,这个饱和值就是饱和电流。在一定的光照条件下,饱和电流与所加 电压大小无关。 (5)光的强度与饱和电流 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,对于 不同频率的光,由于每个光子的能量不同,饱和电流与入射光强度之间不是简单的正比关 系。 第6章　波粒二象性 高中同步 2.对光电效应方程hν=W+ mv2的理解 (1)式中的 mv2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~ mv2范围内的任何数值。 (2)光电效应方程实质上是能量守恒方程 能量为ε=hν的光子被电子所吸收,电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引, 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W,则电子离开金属 表面时动能最大为 mv2,根据能量守恒定律可知:hν=W+ mv2。 (3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件 若产生光电效应,则光电子的最大初动能必须大于零,即 mv2=hν-W>0,亦即hν>W,ν> =νc,而 第6章　波粒二象性 高中同步 νc= 恰好是金属产生光电效应的极限频率。 (4)如图所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的曲线。这里,横轴上的截距是截止 频率(或极限频率);纵轴上的截距是逸出功的负值;斜率为普朗克常量。   第6章　波粒二象性 高中同步 3.光电效应规律中的两条线索、两个关系 (1)两条线索: (2)两个关系:光强→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。 第6章　波粒二象性 高中同步 图像名称 图线 读取信息 最大初动能Ek与入射光频率ν 的关系   ①极限频率(截止频率):横轴截距 ②逸出功:纵轴截距的绝对值 ③普朗克常量:图线的斜率,k=h 遏止电压Uc与入射光频率ν 的关系   ①极限频率νc:横轴截距 ②遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke 4.光电效应中的四类图像 第6章　波粒二象性 高中同步 颜色相同、强度不同的光,光 电流与电压的关系   ①遏止电压Uc:横轴截距 ②饱和光电流Im:电流的最大 值 ③最大初动能:Ekm=eUc 颜色不同时,光电流与电压的 关系   ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和光电流 ③最大初动能, Ek1=eUc1,Ek2=eUc2 第6章　波粒二象性 高中同步 $