第4章 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（人教版 江苏北京专用）

该高中物理课件聚焦光电效应，系统涵盖实验规律、与经典理论的矛盾、爱因斯坦光电效应理论、康普顿效应及光的波粒二象性，通过现象到理论再到应用的逻辑链条，搭建从实验观察到理论建构的学习支架。 其亮点在于以实验规律为基础，通过Ek-ν图像、Uc-ν图像分析培养科学思维中的模型建构与科学推理能力，结合知识辨析和典型例题深化物理观念，助力学生理解光的波粒二象性，教师可借助此资料提升教学效率，学生能在探究中提升科学探究与问题解决能力。

1.光电效应的概念 　　照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出。这个现象称为光电效应,这种电 子常称为光电子。 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K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。这导致电 压U为0时电流I并不为0。 2　光电效应 必备知识 清单破 知识点 1 光电效应的实验规律 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步   3.光电效应的实验规律 (1)存在截止频率 　　当入射光的频率低于截止频率(极限频率)时不发生光电效应。实验表明,不同金属的截 止频率不同。换句话说,截止频率与金属自身的性质有关。 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 (2)存在饱和电流 　　在光照条件不变的情况下,在电流较小时电流随着正向电压的增大而增大;但当电流增 大到一定值之后,即使电压再增大,电流也不会再进一步增大了,如图所示,光电流趋于一个饱 和值。   第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 (3)存在遏止电压 　　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,在光电管两极间形成 使电子减速的电场,电流有可能为0。使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。遏止电 压的存在意味着光电子具有一定的初速度,初速度的上限vc应满足     me =eUc。 进一步的实验表明,同一种金属对于一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样 的。光的频率ν改变时,遏止电压Uc也会改变。 (4)光电效应具有瞬时性 当频率超过截止频率νc时,无论入射光怎样微弱,照到金属时会立即产生光电流。精确测量表 明产生电流的时间很快,即光电效应几乎是瞬时发生的。 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 1.逸出功 　　要使电子脱离某种金属,需要外界对它做功,做功的最小值叫作这种金属的逸出功,用W0 表示。不同种类的金属,其逸出功的大小也不相同。 2.光电效应与经典电磁理论的矛盾 矛盾之一:光电效应中存在截止频率 按照光的经典电磁理论,不管光的频率如何,只要光足够强,电子都可以获得足够能量从而逸 出表面,不应存在截止频率。 矛盾之二:光电效应中,遏止电压由入射光的频率决定,与光的强弱无关 按照光的经典电磁理论,光越强,光电子的初动能应该越大,所以遏止电压Uc应该与光的强弱 有关。 知识点 2 光电效应经典解释中的疑难 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 矛盾之三:光电效应具有瞬时性 如果光很弱,按经典电磁理论估算,电子需要几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所 需的能量,这个时间远远大于实验中产生光电流的时间。 知识点 3 爱因斯坦的光电效应理论 1.光子说 (1)内容 假定电磁波本身的能量是不连续的,即认为光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的, 频率为ν的光的能量子为hν,其中,h为普朗克常量。这些能量子后来称为光子。 (2)光子能量 公式为ε=hν,其中ν指光的频率。 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 2.爱因斯坦光电效应方程 (1)爱因斯坦在光电效应中能量守恒的理论 当光子照到金属上时,它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收,金属中的电子吸收一个 光子获得的能量是hν,在这些能量中,一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属,剩下的是 逸出后电子的初动能。 (2)爱因斯坦光电效应方程 Ek=hν-W0,式中Ek为光电子的最大初动能,Ek= me 。 3.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>W0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。 第四章 原子结构和波粒二象性 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。这就 解释了遏止电压和光强无关。 (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,光电流自然几乎是瞬时产生的。 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 (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,因而饱和电流较大。 4.遏止电压Uc与光的频率ν和逸出功W0的关系 利用光电子的初动能Ek=eUc和爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,可以消去Ek,从而得到Uc与 ν、W0的关系,即Uc= ν -  。 遏止电压Uc与光的频率ν是线性关系,Uc-ν图像是一条斜率为 的直线。 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步   (2)两条对应关系: 入射光强度大→光子数目多→逸出的光电子多→光电流大; 光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。 易混易错 (1)照射光与光电子: 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 1.康普顿效应 1918~1922年,美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现在散射的X射线中,除 了与入射波长λ0相同的成分外,还有波长大于λ0的成分,这个现象称为康普顿效应。 2.康普顿效应与经典物理学理论的矛盾 按照经典物理学的理论,X射线的波长不会在散射中发生变化。因此,康普顿效应无法用经典 物理学解释。 3.用光子的模型解释康普顿效应 (1)光子不仅具有能量,而且具有动量,光子的动量p与光的波长λ和普朗克常量h有关。这三个 量之间的关系式为p= 。 (2)在康普顿效应中,当入射的光子与晶体中的电子碰撞时,要把一部分动量转移给电子,因而, 知识点 4 康普顿效应和光子的动量 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 光子动量可能会变小。从式p= 看,动量p减小,意味着波长λ变大,因此,这些光子散射后波长 变大。 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 1.在麦克斯韦的电磁理论建立之后,人们认识到光是一种电磁波,从而光的波动说被普遍接受。 2.光电效应和康普顿效应重新揭示了光的粒子性。 3.光既具有波动性,又具有粒子性。换句话说,光具有波粒二象性。 导师点睛 (1)大量光子易显示波动性,而少量光子易显示出粒子性。 (2)波长长(频率低)的光波动性强,而波长短(频率高)的光粒子性强。 知识点 5 光的波粒二象性 第四章 原子结构和波粒二象性 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.能发生光电效应的光必定是可见光吗? 3.经典物理学理论能合理解释康普顿效应吗? 4.光具有粒子性,光子与宏观观念的粒子相同吗? 5.光电效应是爱因斯坦发现的吗? 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 一语破的 1.无关。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。入射光强度影响 饱和电流大小。 2.不一定。频率大于金属的截止频率的光都可以使该金属发生光电效应。 3.不能。因为康普顿效应与经典物理学的理论有矛盾。可以用光子的模型解释康普顿效应。 4.不相同。虽然光具有粒子性,但光子不是宏观观念的粒子,它不由分子、原子等组成。 5.不是。光电效应最初是由德国物理学家赫兹发现的,爱因斯坦提出了光子说,合理地解释了 光电效应。 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 对爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0的三点理解 (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。 ①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。 ②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 1 爱因斯坦光电效应方程的理解及应用 关键能力 定点破 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 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。 典例 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 信息提取    【1】具有最大初动能的光电子在遏止电压作用下做减速运动,到达阳极A时动 能刚好为0;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。 思路点拨    对两次光电效应现象,应用动能定理分别写出两个对应的方程,应用爱因斯坦光 电效应方程分别写出两个对应的表达式,联立这些方程即可求解。 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 根据爱因斯坦光电效应方程有Ek1=hν1-W0,Ek2=hν2-W0 其中W0=hν0 联立以上各式解得 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 ν0=  h=  答案    (1)     (2)  第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 1.光电效应图像问题有关的几个重要关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。 (2)最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc。 (3)逸出功与截止频率的关系:W0=hνc。 2.光电效应的三类图像的比较 定点 2 光电效应的图像分析 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   第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 图像名称 图线形状及信息读取 遏止电压Uc与入射 光频率ν的关系图线   第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 光电流I与电压U 的关系图线   第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 3.光电效应中有关图像问题的解题方法 (1)明确图像中纵轴和横轴所表示的物理量。 (2)明确图像所表示的物理意义及所对应的函数关系,同时还要知道截距、交点等特殊点的 物理意义。 第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 如图所示【1】,分别用1、2两种材料作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     (　    ) 典例 第四章 原子结构和波粒二象性 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,再跟 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。 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【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,两图线的斜率都应为e,两图线应平行,选项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,选项C正确,D错误。 答案    C     第四章 原子结构和波粒二象性 高中同步 $