6.2 光电效应 课件-2026-2027学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

第六章　波粒二象性 光电效应 1 知道光电效应现象，了解光电效应的 实验规律。 重点 重难点 2 理解爱因斯坦光子说及对光电效应的 解释，会用光电效应方程解决一些简 单问题。 光电效应 一 3 把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开，用紫外线灯照射锌板。 (1)验电器指针如何变化？ (2)这个现象说明什么？ 张角变小 负电荷少了 紫外线会让电子从锌板表面逸出 观察与思考 光电效应 光照射到金属表面时，金属中的电子会因吸收光的能量而逸出金属表面 光电子 光电管：利用光电效应把光信号转变为电信号。 光电效应实验电路图 光电效应的实验 研究电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色(频率)、电压的关系。 紫外线照射在金属板K上，金属板释放电子 形成光电流 测出 I 的大小。光电流越大，光电效应越强 光电子在电场力作用下向阳极A运动 改变UAK 当入射光的频率减小到某一数值ν0时，随光强增大，光电流怎样？ 没有光电流 入射光超过某一频率才引起光电效应 最小频率ν0——截止频率 光电效应具有瞬时性： 只要大于截止频率，即使入射光极弱，光电子也能立刻(约10-9 s)发射出来。 观察与思考 如图是研究光电效应的电路图。 (1)闭合开关，电压表的示数为0时，电流表的示数不是0，说明什么？ 答案　发生了光电效应 当入射光的频率一定（为紫光时）， 随光强增大，光电流怎样？ 光电流增大 讨论交流 (2)闭合开关，将滑动变阻器滑片向右移，观察到什么现象？说明什么？ 答案　电压表、电流表的示数均增大， 当UAK增至一定值时，光电流达到最大。 存在饱和电流 讨论交流 (3)将电源正负极对调，闭合开关，滑片向右移，又会观察到什么现象？说明什么？ 答案　电压表示数增大， 电流表示数减小，最后减小到 0。 说明存在遏止电压。 讨论交流 (1)无法解释光电效应的瞬时性：光电子的产生需要积累能量的过程，光越弱积累能量的时间越长，光电子不可能瞬间产生。 (2)无法解释截止频率的存在：只要光照足够长，总能让金属中的电子吸收到足够的能量，从金属表面逸出，与入射光频率无关。 (3)无法解释逸出的光电子的最大初动能问题：电子接收的能量越多，逸出的电子的最大初动能也越大。 光的波动说在解释光电效应时的困难 1.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，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 √ 例题 　 2.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.用红外线照射，电流表一定无电流通过 C.用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变 阻器的滑片移到最右端时，电流表一定无 电流通过 D.用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片向左端移动时， 电流表示数可能不变 √ 例题 光量子概念的提出　光电效应方程 二 14 光量子 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。 不同频率的光子具有不同的能量。 ε=hν 光的频率 普朗克常量 逸出功 电子由金属内逸出表面时所需做的功W。 光电子逸出金属表面所需的最小能量 不同种类的金属，其逸出功的大小不相同。 W=hν0 爱因斯坦光电效应方程 金属板内的电子从入射光中吸收了一个光子的能量hν之后，一部分消耗于逸出功，另一部分转化为光电子的动能。实质是能量守恒方程。 hν = +W 光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，与照射到阴极上的光的强度无关。 17 1.截止频率与逸出功 hv>W 产生光电效应 hv<W 无光电效应 hv=W 截止频率 光电效应方程对光电效应实验现象的解释 ν0= 2.当入射光的频率不变，而光的强度增加时，单位时间内照射到阴极上的光子数增多，因而饱和光电流增大。 3.光电效应发生的时间极短，光电流几乎是瞬时产生的。 爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是遏止电压UKA，怎样得到UKA与ν、W 的关系？ UKA= ν - Ek=hν-W eUKA=Ek eUKA=hν-W 讨论交流 (1)“光子”就是“光电子”的简称。(　　) (2)逸出功的大小与入射光无关。(　　) (3)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(　　) (4)光电子的最大初动能与入射光的强度成正比。(　　) (5)逸出功与截止频率成正比。(　　) × √ × × √ 辨析 3.用如图所示的装置研究光电效应现象。用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应；移动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或等于1.5 V时，电流表示数为零，则 A.改用光子能量为2.0 eV的光照射到光电管上时， 不能发生光电效应 B.光电子的最大初动能为1.5 eV C.光电管阴极的逸出功为1.5 eV D.开关S断开后，无论怎么移动变阻器的触点c， 电流表G的示数总为零 √ 例题 4.(多选)利用如图所示的电路研究光电效应现象，其中电极K由金属钾制成，其逸出功为2.25 eV。用某一频率的光照射时，逸出光电子的最大初动能为1.50 eV，电流表的示数为I。已知普朗克常量约为6.6×10-34 J·s。下列说法中正确的是 A.金属钾发生光电效应的极限频率约为5.5×1014 Hz B.若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00 eV C.若入射光频率加倍，电流表的示数变为2I D.若入射光频率加倍，截止电压的大小将变为5.25 V √ √ 例题 光电效应规律中的两条线索、两个关系 照射光 光电子 频率 强度 每秒逸出的光电子数 光电子逸出后的最大初动能 ：决定每个光子的能量 ：决定每秒光源发射的光子数 ：决定光电流大小 ε=hv 频率高 ↓ 光子能量大 ↓ 光电子 最大初动能大 光越强→光子数目多→发射光电子多→光电流大 总结提升 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ek=hν-W。 (2)最大初动能与截止电压的关系：Ek=eUKA。 (3)逸出功与极限频率的关系：W=hν0。 光电效应的三个关系式 总结提升 康普顿效应(延伸阅读) 三 25 康普顿效应 光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，传播方向发生改变 康普顿效应：X射线经物质散射后波长变长的现象 X射线 λ ＝λ0 石墨体 （散射物质） λ =λ0 λ >λ0 意义：证实了爱因斯坦的光量子理论，还证明了光子不但有能量，而且有动量。 解释：把光的散射看成是单个光子与单个电子发生的弹性碰撞，在碰撞过程中能量和动量都是守恒的。 电子会带走一部分能量和动量 散射出去的光子能量与动量都相应减小 散射后的X射线波长增大 康普顿效应 光 电 效 应 光电效应 光量子概念的提出 光电效应方程 康普顿效应 存在饱和电流、遏止电压、截止频率。具有瞬时性 从金属表面逸出的电子称为光电子 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 光本身就是由一个个不可分割的能量子组成 X射线经物质散射后波长变长的现象 爱因斯坦光电效应方程：Ek=hν-W 最大初动能与截止电压的关系：Ek=eUKA 逸出功与极限频率的关系：W=hν0 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； 根据发生光电效应的条件可知，若改用红光照射锌板，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； 根据发生光电效应的条件可知，能否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。 紫外线的频率比可见光的频率高，用紫外线照射，电流表一定有电流通过，故A错误；不知阴极K的极限频率，用红外线照射，可能发生光电效应，电流表可能有电流通过，故B错误；由于发生了光电效应，即使A、K间的电压为零，电流表中也有电流通过，故C错误；当滑动变阻器的滑片向左端移动时，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极时，电流达到最大，即饱和光电流，若在移动前，电流已经达到饱和光电流，那么再增大光电管两端电压，光电流也不会增大，故D正确。 电源加反向电压，当电压表的示数大于或等于1.5 V时，电流表示数为零，故截止电压为1.5 V。Ekmax=eU0=1.5 eV，故B正确； 由Ekmax=hν-W0，光子能量为2.5 eV，得W0=1.0 eV，故C错误； 改用光子能量为2.0 eV的光照射到光电管上时，由于2.0 eV>1.0 eV可知，仍然能发生光电效应，故A错误； 用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管时，光电子具有一定的初动能，当开关S断开后，无论怎么移动变阻器的触点c，光电子均能够达到阳极，可知电流表G的示数不为零，故D错误。 由W=hν0可知ν0≈5.5×1014 Hz，故A正确；由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W，光子能量hν=Ek+W=3.75 eV，入射光频率加倍，光子能量为2hν=7.5 eV，光电子的最大初动能为5.25 eV，故B错误；饱和光电流的大小由单位时间内照射在阴极K的光子数决定，入射光频率加倍，单位时间内照射在阴极K的光子数不一定加倍，电流变化情况不确定，故C错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W，可知入射光频率加倍，则Ek1=2hν-W，又Ek1=eUc，解得Uc=5.25 V，故D正确。 Keep thinking $