高中物理 4-2 光电效应与光量子假说课件 教科版选修3-5
《2. 光电效应与光的量子说》PPT课件(江苏省县级优课)
2、用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电子从阴
极逸出时的最大初动能增大应（ D ）
A．改用红光照射
B．增大绿光的强度
C．增大光电管上的加速电压
D．改用紫光照射
3、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵 敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器指针张开一
个角度，如图所示，这时 ( B )
答：（1）当入射光频率高于截止频率时，光强 增加，发射的光电子数增多；当入射光频率低 于截止频率时，无论光强怎么增加，都不会有 光电子发射出来。
（2）入射光的频率增加，发射的光电子最 大初动能增加。
一部分消耗在电子逸出功W，另一部分变为光电子
逸出后的动能 1 mv2.由能量守恒可得：
2
h
1 2
mv2
W0
W 为电子逸出金属表面所需做的功，叫逸出功；
0
1 mv2 为光电子的最大初动能。 2
讨论：12 mv2 与遏止电压的关系？
(2)光电效应方程包含了产生光电效应的条件.
若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，
A．锌板带正电，指针带负电 B．锌板带正电，指针带正电 C．锌板带负电，指针带正电 D．锌板带负电，指针带负电
4、若用绿光照射某种金属板不能发生光电效应，则下列哪一
种方法可能使该金属发生光电效应（ C ）
A. 增大入射光的强度
B. 增加光的照射时间
C. 改用黄光照射
D. 改用紫光照射
5、在光电效应实验中 （1）如果入射光强度增加，将产生什么结果？ （2）如果入射光频率增加，将产生什么结果？
由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效 应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。
挑战自我
高中物理第四章2光电效应与光的量子说课件教科选修35教科高中选修35物理课件
能;只有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,才具
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.
第七页，共二十五页。
(3)光子的能量与入射光的强度:光子的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
第十六页，共二十五页。
类型
类型
(lèixí
ng)二
(lèixí
ng)一
类型
(lèixí
ng)三
点拨根据饱和电流的值可以算出每秒内由K极发射的光电子的数目.根据光电子
从K极飞出时的最大初动能,再加上A、K间的电压相应的电场力的功,可以
得到电子到达A极时的最大动能.最大初动能与光的强度无关,而是与光的频率有关.
(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)光电子的初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(quánbù)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
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)光电效应方程包含了产生光电效应的条件.
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,
0
0
ℎ
ℎ
亦即 hν>W0,ν> =νc,而 νc= 恰好是光电效应的截止频率.
的能量后,消耗于电子由金属内逸出表面所需做的功W,叫作逸出功.
高中物理 第四章 波粒二象性 第2节 光电效应与光的量子说课件 教科版选修3-5.ppt
V
Uc称遏止电压。
1 2
m
v2
ec
eUc
K阴
极
G
10
光电效应的实验规律
光电效应实验装置 光电效应伏安特性曲线
阳A
极
V
K阴
极
遏
止Leabharlann 电G压I
光强较弱
Uc
O
U
11
光电效应的实验规律
光电效应实验装置 光电效应伏安特性曲线
阳A
极
V
I
K阴
极
饱
和
遏 止
电I s
流
电
光强较强 光强较弱
G
压
U
O
U
12
a
光电效应的规律：
35
6、某种频率的光射到金属表面上时，金属表面有电子逸出， 若光的频率不变而强度减弱，那么下述结论中正确的是
A．光的强度减弱到某一数值时，就没有电子逸出 B
B．逸出的电子数一定减少 C．逸出的电子数有可能增加 D．逸出的电子数有可能不变
7、下列关于光电效应的说法正确的是（ D）
A．光电子的动能随照射光频率的增大而增大 B．光电子的初速度与照射光的频率成正比 C．光电子的最大初动能与照射光的频率成正比 D．光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大
第二节 光电效应与光的量子说
1
自主学习
一、光电效应、光的波动说的困难 1．定义：光照射在金属表面上时，金属中的电 子因吸收光的能量而逸出金属表面的现象． 2．光电效应的特征 (1)任何金属均存在截止频率(极限频率)，只有 __超__过____截止频率，才能引起光电效应． (2)发生光电效应时，光电流的大小由_光__强___决 定，_光__强___越大，光电流越大． (3)光电子的最大初动能与入射光的频率成_线__性__ 关系． (4)光电效应具有瞬时性，发生时间不超过10－9 s. 3．光的波动说无法解释光电效应现象．
教科版选修3-5 第4章 2 光电效应与光的量子说
2 光电效应与光的量子说[学习目标] 1.知道光电效应现象，能说出光电效应的实验规律.2.能用爱因斯坦光电效应方程对光电效应作出解释，会用光电效应方程解决一些简单的问题．一、光电效应1．光电效应：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． 2．光电子：光电效应中发射出来的电子． 3．光电效应的实验规律(1)对于给定的光电阴极材料，都存在一个截止频率ν0，只有超过截止频率ν0的光，才能引起光电效应． (2)光电流的大小由光强决定，光强越大，光电流越大． (3)光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系．(4)光电效应具有瞬时性：光电效应中产生电流的时间不超过10－9s. 二、爱因斯坦的光电效应方程1．光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频率为ν的光的能量子ε＝hν.2．爱因斯坦光电效应方程的表达式：hν＝12mv 2＋W.其中W 为电子从金属内逸出表面时所需做的功．3．截止频率：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ν0＝W h . [即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应．( × ) (2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．( × )(3)“光子”就是“光电子”的简称．( ×)(4)逸出功的大小与入射光无关．( √)(5)入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子数越多．( √) (6)最大初动能的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关．( √)2．某金属的逸出功为W，则这种金属的截止频率ν0＝________，用波长为λ的光照射金属的表面，光电子的最大初动能E k＝________.(已知普朗克常量为h，光速为c)答案Whhcλ－W一、光电效应现象及其实验规律[导学探究]如图1甲是研究光电效应现象的装置图，图乙是研究光电效应的电路图，请结合装置图及产生的现象回答下列问题：图1(1)在甲图中发现，利用紫外线照射锌板无论光的强度如何变化，验电器都有张角，而用红光照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器总无张角，这说明了什么？(2)在乙图中光电管两端加正向电压，用一定强度的光照射时，若增加电压，电流表示数不变，而光强增加时，同样电压，电流表示数会增大，这说明了什么？(3)在乙图中若加反向电压，当光强增大时，遏止电压不变，而入射光的频率增加时，遏止电压却增加，这一现象说明了什么？(4)光电效应实验表明，发射电子的能量与入射光的强度无关，而与光的频率有关，试用光子说分析其原因．答案(1)金属能否发生光电效应，决定于入射光的频率，与入射光的强度无关．(2)发生光电效应时，当入射光频率不变时，飞出的光电子个数只与光的强度有关．(3)光电子的能量与入射光频率有关，与光的强度无关．(4)由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能一份一份地吸收光子的能量，而且传递能量的过程只能是一个光子对应一个电子的行为．如果光的频率低于截止频率，则光子提供给电子的能量不足以克服原来的束缚，就不能发生光电效应．而当光的频率高于截止频率时，能量传递给电子以后，电子摆脱束缚要消耗一部分能量，剩余的能量以光电子的动能形式存在．[知识深化]1．光电效应的实质：光现象――→转化为电现象． 2．光电效应中的光包括不可见光和可见光．3．光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子． 4．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．5．发生光电效应时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，单位时间内发出的光电子数越多． 6．光的强度与饱和光电流：饱和光电流与光强有关，与所加的正向电压大小无关．饱和光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，饱和光电流与入射光强度之间不是简单的正比关系．例1 (多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是( )A ．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B ．入射光的频率变高，饱和光电流变大C ．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D ．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生 答案 AC解析 保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，单位时间内逸出的光电子变多，饱和光电流变大，A 对；据爱因斯坦光电效应方程hν＝12mv 2＋W 可知，入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，饱和光电流不变，B 错，C 对；当hν<W 时没有光电流产生，D 错． 二、光电效应方程的理解和应用[导学探究] 用如图2所示的装置研究光电效应现象．用光子能量为2.75eV 的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表的示数不为零；移动滑动变阻器的滑片，发现当电压表的示数大于或等于1.7V 时，电流表示数为0.图2(1)光电子的最大初动能是多少？遏止电压为多少？ (2)光电管阴极的逸出功又是多少？(3)当滑片向a 端滑动时，光电流变大还是变小？(4)当入射光的频率增大时，光电子最大初动能如何变化？遏止电压呢？ 答案 (1)1.7eV 1.7V(2)W ＝hν－12mv 2＝2.75eV －1.7eV ＝1.05eV(3)变大 (4)变大 变大 [知识深化]1．光电效应方程hν＝12mv 2＋W 的四点理解(1)式中的12mv 2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的大小可以是0～12mv2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．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表面对它的吸引，另一部分转化为电子离开金属表面时的动能．②若要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12mv 2，根据能量守恒定律可知：12mv2＝hν－W.(3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件．若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即12mv 2＝hν－W>0，亦即hν>W，ν>Wh＝ν0，而ν0＝Wh恰好是光电效应的截止频率．2．光电效应规律中的两条线索、两个关系(1)两条线索(2)两个关系光照强度大→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．例2 在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图3所示，则可判断出( )图3A．甲光的频率大于乙光的频率B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光的频率大于丙光的频率D ．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能 答案 B解析 当光电管两端加上反向遏止电压光电流为零时，有12mv m 2＝eU 0，对同一光电管(逸出功W 相同)使用不同频率的光照射，有hν＝W ＋12mv m 2，两式联立可得hν－W ＝eU 0，丙光的反向遏止电压最大，则丙光的频率最大，甲光的频率等于乙光的频率，A 、C 错误；由λ＝c ν可知λ丙<λ乙，B 正确；又由hν＝W ＋12mv m2或由12mv m 2－0＝eU 0可知丙光对应的最大初动能最大，D 错误．光电效应图线的理解和应用1．E k －ν图线：如图4甲所示是光电子最大初动能E k 随入射光频率ν的变化图线．这里，横轴上的截距是阴极金属的截止频率；纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量(E k ＝12mv 2＝hν－W ，E k 是ν的一次函数，不是正比例函数)．图42．I－U曲线：如图乙所示是光电流I随光电管两极板间电压U的变化曲线，图中I m为饱和光电流，U0为反向遏止电压．说明：(1)由E k＝eU0和E k＝hν－W知，同一色光，遏止电压相同，与入射光强度无关；频率越大，遏止电压越大．(2)在入射光频率一定时，饱和光电流随入射光强度的增大而增大．1．(对光电效应现象的理解)(多选)如图5所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )图5A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红光照射锌板，验电器指针一定会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．使验电器指针发生偏转的是正电荷答案AD解析将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯可以发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电．这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项A、D正确，C错误．红光的频率低于紫外线的频率不一定能使锌板发生光电效应，B错误．2．(光电效应的实验及规律)利用光电管研究光电效应实验如图6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( )图6A ．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的可见光照射阴极K ，当滑动变阻器的滑片移到A 端时，电流表中一定无电流通过D ．用频率为ν的可见光照射阴极K ，当滑动变阻器的滑动片向B 端滑动时，电流表示数可能不变 答案 D解析 因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射阴极K 时，电流表中一定有电流通过，选项A 错误．因不知阴极K 的截止频率，所以用红光照射时，不一定发生光电效应，选项B 错误．即使U AK ＝0，电流表中也可能有电流通过，所以选项C 错误．当滑片向B 端滑动时，U AK 增大，阳极A 吸收光电子的能力增强，光电流会增大，直至达到饱和光电流．若在滑动前，电流已经达到饱和光电流，那么即使增大U AK ，光电流也不会增大，所以选项D 正确．3．(光电效应的图像)如图7所示是光电效应中光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图像．从图中可知( )图7A ．E k 与ν成正比B ．入射光频率必须小于极限频率ν0时，才能产生光电效应C ．对同一种金属而言，E k 仅与ν有关D ．E k 与入射光强度成正比 答案 C解析 由E k ＝12mv 2＝hν－W 知C 正确，A 、B 、D 错误．4．(光电效应方程的应用)在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为______．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为______．已知电子电荷量的绝对值、真空中的光速和普朗克常量分别为e 、c 和h. 答案hc λ0 hc (λ0－λ)eλ0λ解析 由光电效应方程知，光电子的最大初动能12mv 2＝hν－W ，其中金属的逸出功W ＝hν0，又由c ＝λν知W ＝hc λ0.用波长为λ的单色光照射时，E k ＝hc λ－hc λ0＝hc λ0－λλ0λ.又因为eU 0＝E k ，所以遏止电压U 0＝E ke ＝hc (λ0－λ)eλ0λ.一、选择题考点一 光电效应现象及规律1．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增加 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 答案 C解析 发生光电效应几乎是瞬时的，与入射光的强度无关，选项A 错误．入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少；频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B 错误．入射光子的数目减少，逸出的光电子数目也就减少，故选项C 正确．入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的截止频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D 错误．2．(多选)关于光电效应现象，下列说法中正确的是( ) A ．当入射光的频率高于金属的截止频率时，光强越大，光电流越大B ．光电子的最大初动能跟入射光的强度有关C ．发生光电效应的时间一般都大于10－7sD ．发生光电效应时，当入射光频率一定时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度有关 答案 AD解析 由hν＝12mv 2＋W 知，最大初动能由入射光频率与金属材料决定，与入射光的强度无关，B 错；发生光电效应的时间一般不超过10－9s ，C 错．3.如图1，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则( )图1A ．电源右端应为正极B ．流过电流表G 的电流大小取决于入射光的频率C ．流过电流表G 的电流方向是由a 流向bD ．普朗克解释了光电效应并提出光子能量ε＝hν 答案 C解析 发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流表G 的电流方向是由a 流向b ；光电管两端可能是正向电压也可能是反向电压，所以电源右端可能为正极，也可能为负极；流过电流表G 的电流大小取决于入射光的强度，与入射光的频率无关；爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量ε＝hν. 考点二 光电效应方程的应用4．(多选)已知能使某金属发生光电效应的截止频率为ν0，则( ) A ．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B ．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0C ．当入射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大D ．当入射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍 答案 AB解析 因入射光的频率大于或等于截止频率时会发生光电效应，所以A 正确；因为金属的截止频率为ν0，所以逸出功W ＝hν0，再由12mv 2＝hν－W 得，12mv 2＝2hν0－hν0＝hν0，B 正确；因为逸出功是光电子恰好逸出时需要做的功，对于同种金属是恒定的，故C 错误；由E k ＝12mv 2＝hν－W ＝hν－hν0＝h(ν－ν0)可得，当ν增大一倍时：E k ′E k ＝2ν－ν0ν－ν0≠2，故D 错误．5．分别用波长为λ和23λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2，以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为( ) A.hc 2λB.3hc 2λC.3hc 4λD.2hλc答案 A解析 根据光电效应方程得 E k1＝h cλ－W ①E k2＝h c23λ－W ②又E k2＝2E k1③联立①②③得W ＝hc2λ，A 正确．6．(多选)如图2所示，两平行金属板A 、B 间电压恒为U ，一束波长为λ的入射光射到金属板B 上，使B 板发生了光电效应，已知该金属板的逸出功为W ，电子的质量为m ，电荷量的绝对值为e ，普朗克常量为h ，真空中光速为c ，下列说法中正确的是( )图2A．入射光子的能量为h cλB．到达A板的光电子的最大动能为h cλ－W＋eU C．若增大两板间电压，B板没有光电子逸出D．若减小入射光的波长一定会有光电子逸出答案ABD解析根据ε＝hν，而ν＝cλ，则入射光子的能量为hcλ，故A正确；逸出光电子的最大初动能E km＝hcλ－W，根据动能定理，eU＝E km′－E km，则到达A板的光电子的最大动能为E km′＝h cλ－W＋eU，故B正确；若增大两板间电压，不会影响光电效应现象，仍有光电子逸出，故C错误；若减小入射光的波长，则其频率增大，一定会有光电子逸出，故D正确．考点三光电效应图像问题7．(多选)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U0与入射光的频率ν的关系如图3所示，若该直线的斜率和纵截距分别为k和－b，电子电荷量的绝对值为e，则( )图3A ．普朗克常量可表示为keB ．若更换材料再次实验，得到的图线的k 不改变，b 改变C ．所用材料的逸出功可表示为ebD ．b 由入射光决定，与所用材料无关 答案 BC解析 根据光电效应方程得E k ＝h ν－W ，又E k ＝eU 0，则U 0＝hνe －W e ，图线的斜率k ＝he ，解得普朗克常量h＝ke ，故A 错误；纵轴截距的绝对值b ＝We ，解得逸出功W ＝eb ，故C 正确；b 等于逸出功与电子电荷量绝对值的比值，而逸出功与材料有关，则b 与材料有关，故D 错误；更换材料再次实验，由于逸出功变化，可知图线的斜率不变，纵轴截距改变，故B 正确．8．研究光电效应的电路如图4所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A 吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I 与A 、K 之间的电压U AK 的关系图像中，正确的是( )图4答案 C解析 用频率相同的光照射同一金属时，发射出的光电子的最大初动能相同，所以遏止电压相同；饱和光电流与光的强度有关，光的强度越大，饱和光电流越大，故选项C 正确．9．(多选)美国物理学家密立根利用如图5甲所示的电路研究金属的遏止电压U 0与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图像，由此算出普朗克常量h ，电子电荷量的绝对值用e 表示，下列说法正确的是( )图5A ．入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P 向M 端移动B ．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大C ．由U 0－ν图像可知，这种金属的截止频率为ν0D ．由U 0－ν图像可得普朗克常量的表达式为h ＝U 1eν1－ν0答案 CD解析 入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P 向N 端移动，故A 错误；根据光电效应方程得E k ＝hν－W ，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，故B 错误；根据E k ＝hν－W ＝eU 0，解得U 0＝hνe －hν0e ，图线的斜率k ＝h e ＝U 1ν1－ν0，则h ＝U 1eν1－ν0，当遏止电压为零时，ν＝ν0，故C 、D 正确． 二、非选择题10．(光电效应实验规律及图像应用)小明用阴极为金属铷的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图6甲所示．已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s.图6(1)图甲中电极A为光电管的____________(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U0与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率ν0＝________Hz，逸出功W＝________J；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能E k＝________J.答案(1)阳极(2)5.15×1014 3.41×10－19(3)1.23×10－19解析(1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极．(2)由题图乙可知，铷的截止频率ν0为5.15×1014Hz，逸出功W＝hν0＝6.63×10－34×5.15×1014J≈3.41×10－19J．(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，由光电效应方程得E k＝hν－hν0，光电子的最大初动能为E k＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014J≈1.23×10－19J.11．(光电效应方程的应用)如图7所示，一光电管的阴极用极限波长λ0＝500nm的钠制成．用波长λ＝300nm 的紫外线照射阴极，光电管阳极A 和阴极K 之间的电势差U ＝2.1V ，饱和光电流的值(当阴极K 发射的电子全部到达阳极A 时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)I ＝0.56μA.(普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s，真空中光速c ＝3.0×108m/s ，电子电荷量的绝对值e ＝1.6×10－19C ，结果均保留两位有效数字)图7(1)求每秒由K 极发射的光电子数目． (2)求电子到达A 极时的最大动能．(3)如果电势差U 不变，而照射光的强度增大到原值的三倍，此时电子到达A 极的最大动能是多大？ 答案 (1)3.5×1012个 (2)6.0×10－19J(3)6.0×10－19J解析 (1)设每秒内发射的光电子数为n ，则： n ＝It e ＝0.56×10－6×11.6×10－19＝3.5×1012个． (2)由光电效应方程可知：E k ＝hν－W ＝h c λ－h c λ0＝hc(1λ－1λ0)在A 、K 间加电压U 时，电子到达阳极时的动能为 E km ＝E k ＋eU ＝hc(1λ－1λ0)＋eU.代入数值得：E km ≈6.0×10－19J.(3)根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关．如果电势差U 不变，则电子到达A 极的最大动能不变，仍为6.0×10－19J.。
教科版高中物理选修35课件4142量子概念的诞生光电效应与光的量子说(3
电子而言,其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ekm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E=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力,另一部分转化 为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Ek,根据能 量守恒定律可知:Ek=hν-W。
提示:(1)光子是能量子,而光电子是电子,它们是不同 的,(1)错误。 (2)由ε=hν可知,不同频率的光,ν不同,其光子能量不 同,(2)正确。 (3)同一频率的光,照射同一种金属时,入射光子的能量 相同,离表面越深的电子吸收光子后,克服金属内部的引 力做功越多,其逸出金属时的初动能越小,(3)错误。
关,与入射光的光强无关,E对。故选A、C、E。
2.(多选)一束绿光照射某金属时,发生了光电效应,则 下列说法正确的是 ( ) A.若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子数增加 B.若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子的最大初动 能增加 C.若改用紫光照射,则可能不会发生光电效应 D.若改用紫光照射,则逸出的光电子的最大初动能增加
【判一判】 (1)只有高温物体才向外辐射能量。 ( ) (2)一切物体总是不停地向外辐射能量。 ( ) (3)黑体就是指黑颜色的物体。 ( )
提示:(1)、(2)一切物体都在以电磁波的形式向外辐 射能量,并不只有高温物体才向外辐射能量,(1)错误, (2)正确。 (3)黑体并不是指黑色物体,而是指能够完全吸收入射 的各种波长的电磁波而不发生反射的物体,(3)错误。
第四章 波粒二象性 1 量子概念的诞生 2 光电效应与光的量子说
一、黑体与黑体辐射 1.热辐射:我们周围的一切物体都在以_电__磁__波__的形式 向外辐射能量,而且辐射强度随波长如何分布都与物 体的_温__度__有关。 2.黑体:能够_全__部__吸收外来电磁波而不发生反射的物体。
第四章 2 光电效应与光的量子说
2光电效应与光的量子说1.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增加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小D.有可能不发生光电效应解析:发生光电效应几乎是瞬时的,所以A项错;入射光强度减弱,说明单位时间内的入射光子数目减少;频率不变,说明光子能量不变,逸出的光电子最大初动能也就不变,B项错;入射光子数目减少,逸出的光电子的数目也就减少,故C项正确;入射光照射到某金属表面上发生光电效应,说明入射光的频率高于这种金属的极限频率,只要入射光频率一定就能发生光电效应,故D项错.答案:C2.(多选)右图是光电效应中光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图像.从图中可知()A.E k与ν成正比B.入射光频率必须大于或等于截止频率νc时,才能产生光电效应C.对同一种金属而言,E k仅与ν有关D.E k与入射光强度成正比解析:由E k=hν-W0知B、C正确,A、D错误.答案:BC3.(多选)光电效应的实验结论是对于某种金属()A.无论光强多强,只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B.无论光的频率多低,只要光照时间足够长就能产生光电效应C.超过极限频率的入射光强度越弱,所产生的光电子的最大初动能就越小D.超过极限频率的入射光的频率越高,所产生的光电子的最大初动能就越大mv max2=hν-W,频率ν越高,光电解析:根据光电效应规律可知A正确,B、C错误.根据光电效应方程12子的最大初动能就越大,D正确.故正确选项为A、D.答案:AD4.硅光电池是利用光电效应原理制成的器件,下列表述正确的是()A.硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B.硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出C.逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D.任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应解析:电池是把其他形式的能转化成电能的装置,而硅光电池是把光能转化为电能的一种装置,A对;吸收了光子能量的电子只有一部分能逸出,B错;逸出光电子的最大初动能E k=hν-W与入射光频率有关,C错;频率低于极限频率的光不能在硅光电池上产生光电效应,D错.故正确选项为A.答案:A5.(多选)用如图所示的装置研究光电效应现象.当用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应,电流表G的示数不为零;移动变阻器的滑片c,发现当电压表的示数大于或等于1.7 V 时,电流表示数为0,则下列说法正确的是()A.光电子的最大初动能始终为1.05 eVB.光电管阴极的逸出功为1.05 eVC.当滑片向a端滑动时,反向电压增大,电流增大D.改用能量为2.5 eV的光子照射,移动变阻器的滑片c,电流表G中也可能有电流解析:由爱因斯坦光电效应方程E k=hν-W0可知,同种金属的逸出功相同,所以光电子逸出后的初动能取决于获得的能量,A错误;当电压表示数大于或等于1.7 V时,电流表无示数,说明遏止电压为1.7 V,由eU=1mv2,可求得光电管的逸出功为1.05 eV,B正确;若光的频率不变,反向电压大于遏止电压后电2路中就不再有电流,C错误;当入射光频率超过截止频率,且反向电压小于遏止电压,电路中就会有电流,D正确.答案:BD6.图甲是光电效应的实验装置图,图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像,下列说法不正确的是()甲乙A.由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大B.由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说,其遏止电压只由入射光的频率决定C.遏止电压越大,说明从该金属中逃出来的光电子的最大初动能越大D.不论哪种颜色的入射光,只要光足够强,就能发生光电效应解析:由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和光电流越大,故A说法正确;根据光电效应方程可得E km=hν-W0=eU c,可知入射光频率越大,最大初动能越大,遏止电压越大,可知对于确定的金属,遏止电压与入射光的频率有关,故B说法正确;根据最大初动能E km=eU c中,遏止电压越大,说明从该金属中逃出来的光电子的最大初动能越大,故C说法正确;发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率,与入射光的强度无关,故D说法错误.答案:D7.小明用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意如图甲所示.已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s.(1)图甲中电极A为光电管的(选填“阴极”或“阳极”);(2)实验中测得铷的遏止电压U c与入射光频率ν之间的关系如图乙所示,则铷的截止频率νc=Hz,逸出功W0= J;(3)如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014 Hz,则产生的光电子的最大初动能E k= J.解析:(1)在光电效应中,电子向A极运动,故电极A为光电管的阳极.(2)由题图可知,铷的截止频率νc为5.15×1014 Hz,逸出功W0=hνc=6.63×10-34×5.15×1014 J≈3.41×10-19 J.(3)当入射光的频率为ν=7.00×1014 Hz时,由E k=hν-hνc得,光电子的最大初动能为E k=6.63×10-34×(7.00-5.15)×1014 J≈1.23×10-19 J.答案:(1)阳极(2)5.15×10143.41×10-19(3)1.23×10-198.铝的逸出功为4.2 eV,现用波长200 nm的光照射铝的表面.已知h=6.63×10-34 J·s,求:(1)光电子的最大初动能;(2)遏止电压;(3)铝的截止频率.解析:(1)根据光电效应方程E k=hν-W0有E k=ℎcλ-W0=6.63×10-34×3.0×108200×10-9J-4.2×1.6×10-19 J=3.225×10-19 J.(2)由E k=eU c可得U c=E ke =3.225×10-191.6×10-19V=2.016 V.(3)由hνc=W0得νc=W0ℎ=4.2×1.6×10-196.63×10-34Hz=1.014×1015 Hz.答案:(1)3.225×10-19 J(2)2.016 V(3)1.014×1015 Hz。
高中物理 第4章 1 量子概念的诞生 2 光电效应与光的量子说课件 教科版选修3-5
(2)普朗克理论的意义
①利用_能_量__子__的假设，普朗克推导出了与实验相符的公式(即普
朗克公式)成功的解决了黑体辐射问题． ② 普 朗 克 在 1900 年 把 能 量 子 列 入 物 理 学 ， 正 确 地 破 除 了
“_能__量_连__续__变__化__”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一．
34
5．光的强度与饱和光电流：饱和光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，饱和光电流与入射光强度之间 没有简单的正比关系．
35
【例 2】 (多选)一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列 说法正确的是( )
A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加 B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加 C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应 D．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加
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D [因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射，电 流表一定有电流通过，选项 A 错误；因不知阴极 K 的极限频率，所 以用红外线照射，可能发生光电效应，电流表可能有电流通过，选项 B 错误；由于发生了光电效应，即使 A、K 间的电压 UAK＝0，电流 表中也有电流通过，所以选项 C 错误；当滑动变阻器的滑片向左端 移动时，阳极吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子 都到达阳极时，电流达到最大，即饱和电流，若在移动前，电流已经 达到饱和电流，那么再增大 UAK，光电流也不会增大，所以选项 D 正确．]
13
4．光子说
光不仅在_发__射_和吸__收__时能量是一份一份的，而且_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_h_ν__，
高中物理第四章波粒二象性第2节光电效应与光的量子性教案教科版选修3_5
第二节光电效应与光的量子性课前自主学习：一、光电效应、光的波动说的困难1．定义：光照射在金属表面上时，金属中的电子因吸收光的能量而逸出金属表面的现象．2．光电效应的特征(1)任何金属均存在截止频率(极限频率)，只有________截止频率，才能引起光电效应．(2)发生光电效应时，光电流的大小由______决定，______越大，光电流越大．(3)光电子的最大初动能与入射光的频率成_____关系．(4)光电效应具有瞬时性，发生时间不超过10－9 s.3．光的波动说无法解释光电效应现象．二、光量子概念的提出、光电效应方程1．光子说：爱因斯坦提出，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_______2．光子的能量ε＝，求：（1）金属钠的逸出功；（2）现用频率在3.9×1014Hz到7.5×1014Hz范围内的光照射钠，能产生光电效应的频率范围是多少？问题3：那些理论或实验对光电效应理论进行了验证？美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦光电效应方程，，光电子质量m=9.1×10-31Kg，电量e =1.6×10-19C，求：(1)每个光电子的最大初动能；(2)金属筒的逸出功．参考答案：1.B 2.D 3.B 4.D 5.D 6.(1)4.41×10-19J (2)7.3×10-19J【课后检测】1．用光照射金属表面，没有发射光电子，这可能是( )A．入射光强度太小 B．照射的时间太短C．光的波长太短 D．光的频率太低2．光照射到某金属表面，金属表面有光电子逸出，则( )A．若入射光的频率增加，光的强度减弱，那么逸出电子的最大初动能可能不变B ．若入射光的频率不变，光的强度减弱，那么单位时间内逸出电子数目减少C ．若入射光的频率不变，光的强度减弱到不为零的某一数值时，可能不再有电子逸出D ．若入射光的频率增加，而强度不变，那么单位时间内逸出电子数目不变，而光电子的最大初动能增大3．用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是（ ）A ．有电了从锌板飞出B ．有光子从锌板飞出C ．验电器内的金属箔带正电D ．验电器内的金属箔带负电4．某介质中光子的能量是E ，波长是λ,则此介质的折射率是（ ）A ．λE ，该光源每秒钟发射的光子数约为 个。
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实验结论
1 、当入射光的频率较低时，无论光多么强， 照射时间多长，光电管都不会发射光电子，不 能产生光电流。 2 、当入射光的频率较高时，才会产生光电流， 这个频率称为极限频率，其对应的波长称为极 限波长。 3 、当入射光的频率大于极限频率时，光电流 强度与入射光的强度有关。
探究光电子的动能大小
不是，遏止电压对应的光电子最大初动能。
光电效应的4条基本规律
• 1.产生光电效应的条件：
任何一种金属，都存在极限频率ν0，只有当入 射光频率ν>ν0时，才能发生光电效应.
• 2.光电子的最大初动能：
光电子的最大初动能Ekm与入射光强度无关， 只随入射光频率的增大而增大 .
• 3.光电效应的发生时间：几乎是瞬时发生的． • 4.光电流强度的决定因素：当入射光频率ν>ν0
时，光电流随入射光强度的增大而增大.
• 看表格思考下列问题：
• （1）某光恰能使锌发生光电效应，那
么能使表格内哪些金属发生光电效应? • （2）表中哪种金属最易发生光电效应? • （3）为什么各种金属的极限频率不同?
电磁理论遇到困难 • 为什么说光的波动理论无法解释光电
•
• •
效应的规律？ 从光电效应的发生过程来看，电子吸 收入射光能量后才能挣脱原子核的束 缚，所以我们应从能量的角度来分析 光效应．光的波动理论是这样描述光 的能量的： （1）能量是连续的； （2）振幅（光强）越大，光能越大， 光的能量与频率无关．
• 1、在光（包括不可见光）的照射下，
使物体发射出电子的现象叫做光电 效应。
光电效应
• 2、发射出来的电子叫做光电子。
光电效应
光电管
1. 光电管就是利用光电效应把光信号转变 成电信号的一种传感器。
2. 阴极发出的光电子被阳极收集，在回路中 会形成电流，称为光电流。
光电管
3.光电管的工作原理:为了把光电子尽可能多 地收集到阳极，以增强光电流，通常还在光 电管两极加上正向电压，如图所示，光电流 在电阻的两端产生电压 Uab ，随着交的强弱 变化而变化。这样，光电管就把光信号变成 了电信号。
光电效应与光的电磁理论的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ盾
• 矛盾一：按照光的波动理论，不论光的频
率如何，只要照射时间足够长或入射光的 强度足够大，就可以产生光电效应。 • 而实验结果表明：只有入射光的频率v大 于该金属的极限频率v0时，才能发生光电 效应。
光电效应与光的电磁理论的矛盾
•矛盾二：根据能量的观点，电子要从物体中 飞出，必须具有一定的能量，而这一能量只能 来源于入射光的能量。 •而实验结果表明：逸出的光电子的能量与入 射光的强度无关，只取决于射光的频率.
光电管的应用
（1）开关功能：自动化控制
（2）光电转换：通信领域
（3）能量转换：太阳能电池
探究光电效应的规律
探究一、探究光电流的大小
探究二、探究光电子动能的大小
探究光电流的大小
• 光电流的产生是光照射的结果，那么，光 • • • •
电流的大小跟入射光的哪些因素有关呢？ 猜想：与入射光的强度和频率可能有关 实验原理和装置： 实验步骤：（控制变量法） 记录数据：
从光电管阴极射出的光电子具有一定的动能。 为了测量光电子的动能，可以在光电管的两 个电极上加上反向电压，用于阻止光电子到 达阳极。
你认为在强度和频率一 定的光照射下，反向电 压增大，回路中的光电 流会怎样变化？
回路中的光电流会随着反向电压的增加而减小， 当反向电压达到一定数值时，光电流将会减小 到零，我们把这时的电压称为遏止电压。
4.2 光电效应与光量子假说
• 学习目标：
• 1、了解光电效应的规律及光电管的工作原理； • 2、知道并理解极限频率、遏制电压的概念； • 3、理解光电效应与光的电磁理论的矛盾。
光的电磁说
• 19世纪末，麦克斯韦的电磁理论完
美地解释了光的波动现象，光的电 磁说得到了广泛的认同。 • 但赫兹在通过实验证实了电磁理论 的同时，也发现了一个用电磁理论 无法解释的现象－－光电效应。
遏止电压
光电子克服反向电场力所做的功为：W=eU； 如果光电子到达阳极的速度刚好为零，根据能量 守恒定律，光电子出射时的最大初始动能为：
1 2 mvmax eU 2
可见，光电子的最大初始动能可以通过测 量遏止电压来确定。
探究光电子的最大初动能大小
猜想:遏止电压(光电子最大初动能)与什 么因素有关？ 光强及频率 采用实验探究的方法，控制变量法 先保持光的频率不变，逐渐增大电压，直至 光电流为零，记录遏止电压的值。改变入射 光的强度，记录遏止电压的值。 然后，维持光源的强度不变，改变入射光的 频率，记录遏止电压的值。
光电效应与光的电磁理论的矛盾
•矛盾三：从波动理论可知，当一束很细的光照 射到物体上时，它的能量将均匀分布到大量的 原子上，电子不可能在极短的时间内聚集足够 的能量从物体中飞出。 •光电效应的实验却表明： 入射光的照射和光电子的逸出几乎是同时的。
实验结论
• 遏止电压与入射光的强度无关。 • 入射光的频率越大，遏止电压越大，即光
电子的最大初动能越大。
讨论与交流
随着反向电压逐渐增大，光电流是逐渐减 小还是突然减小？ 逐渐减小。
由此是否可以推测出射光电子的动能不一样？
不一样。光电效应中从金属出来的光电 子，它们的初速度会有差异，初动能会 有差异，其中最大者叫最大初动能。 遏止电压对应的是所有光电子的动能吗？