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1、高中物理 选修 3科版 电效应与光量子假说 目标定位 说出光电效应的实验规律 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 _从表面逸出的现象 2 光电子 ：光电效应中发射出来的 _ 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 0，只有 _截止频率 0的光，才能引起光电效应 (2)光电流的大小由 _决定，光强愈大，光电流愈大 (3)光电子的最大初动能与入射光的 _成线性关系 电子 电子 超过 光强 频率 (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
2、9 s. 想一想 紫外线灯照射锌板，为什么与锌板相连的验电器指针张开一个角度？ 答案 紫外线灯照射锌板，发生光电效应现象，锌板上的电子飞出锌板，使锌板带正电，与锌板相连的验电器也会因而带正电，使得验电器指针张开一个角度 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 _ ，频率为 的光的能量子为 _ 2 爱因斯坦光电效应方程的表达式： 12 m v 2 A . 其中 光子 一想 怎样从能量守恒角度理解爱因斯坦光电效应方程？ 答案 爱因斯坦光电效应方程中的 入射光子的能量 ，逸出功 A 是光子飞出金属表面消耗的能量 ，12m 因此爱因斯坦光电
3、效应方程符合能量的转化与守恒定律 . 一、光电效应现象 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光电子，其本质还是电子 1 光电效应的实质：光现象 转化为 电现象 【 例 1】 一验电器与锌板相连 (如图4 2 1所示 )，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角 (1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角 图 4 2 1 将 _(填 “增大 ”、 “减小 ”或 “不变 ”) (2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针 _(填 “有”或“无” )
4、偏转 答案 (1)减小 (2)无 解析 当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外光比黄光的频率还要低，更不可能使锌板发生光电效应能否发生光电效应与入射光的强弱无关 二、光电效应的实验规律 1对光电效应的理解 (1)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光子的总能量，是由入射光子数和入射光子的频率决定的可用 P 中
5、(2)在入射光频率不变的情况下，光的强度与单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数成正比 (3)对于不同频率的入射光，即使光的强度相等，在单位时间内照射到金属单位面积的光子数也不相同，从金属表面逸出的光电子数不同，形成的光电流不同 (4)饱和光电流：指光电流的最大值 (即饱和值 )，在光电流未达到最大值之前，因光电子尚未全部形成光电流，所以光电流的大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，电压越大，被吸引变成光电流的光电子越多 (5)饱和光电流与入射光的强度成正比：在入射光频率不变的情况下，光电流的最大值与入射光的强度成正比原因是在高电压下光电子个数决定了光电流大小，而电子个数
6、决定于入射光强度 “频率高，光子能量大，光就强，产生的光电流也强”、“光电子的初动能大，电子跑得快，光电流就强”等说法均是错误的 总之，在理解光电效应规律时应特别注意以下几个关系： 2爱因斯坦对光电效应的解释 (1)饱和光电流与光强关系 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，所以，入射光频率一定时，饱和光电流与光强成正比 (2)存在截止频率和遏止电压 照射光频率 _ 是否产生光电效应发生光电效应时光电子的最大初动能照射光强度 _ 单 位时间内发射出来的电子数 决定着 决定着 (3)光电效应具有瞬时性 电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，所以光
7、电效应几乎是瞬时发生的 爱因斯坦的光电效应方程表明光电子的初动能与入射光频率成线性关系 ， 与光强无关 ， 所以遏止电压由入射光频率决定 ，与光强无关光电效应方程同时表明 ， 只有 A 0 时 ， 才有光电子逸出 ， 0 A 0 【 例 2】 利用光电管研究光电效应实验如图 4 2 2所示，用频率为 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 图 4 2 2 B用红光照射，电流表一定无电流通过 C用频率为 的可见光照射 K，当滑动变阻器的滑动触头移到 流表中一定无电流通过 D用频率为 的可见光照射 K，当滑动变阻器的滑动触头向 流表示数可能不变
8、 答案 D 解析 因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项 不知阴极 以用红光照射时，不一定发生光电效应，所以选项 使 0，电流表中也有电流，所以选项 滑动触头向 极 电流会增大，当所有光电子都到达阳极 流达到最大，即饱和电流若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大 电流也不会增大，所以选项 针对训练 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
9、效应 答案 C 解析 发生光电效应几乎是瞬时的，选项 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 射光子的数目减少，逸出的光电子数目也就减少，故选项 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极限频率，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 三、光电效应方程的理解与应用 1光电效应方程实质上是能量守恒方程 能量为 E 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 A，电子离开金属表面时动能最大为 据能量守恒定律可知：A.
10、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 ， 即E k A 0 ， 亦即 A ， c ， 而 c 3 曲线如图 4 2 3所示是光电子最大初动能 的变化曲线这里，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 图 4 2 3 【 例 3】 如图 4 2 4所示，当电键 光子能量为 2.5 ，发现电流表读数不为零合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于 时，电流表读数仍不为零当电压表读数大于或等于 时，电流表读数为零由此可知阴极材料的逸出功为 ( ) A 1.9 B 0.6 2.5 D 3.1 4 2 4 答
11、案 A 解析 由题意知光电子的最大初动能为 0 60 以根据光电效应方程 A (0.6)1.9 对训练 2 如图 4 2 5所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能 的关系图象，由图象可知 ( ) A该金属的逸出功等于 E B该金属的逸出功等于 入射光的频率为 0时，产生的光电子的最大初动能为 E 图 4 2 5 D入射光的频率为 20时，产生的光电子的最大初动能为2E 解析 题中图象反映了光电子的最大初动能 的关系，根据爱因斯坦光电效应方程 A，知当入射光的频率恰为该金属的截止频率 0时，光电子的最大初动能0，此时有 A，即该金属的逸出功等于 项 据图线的物理意义，有 A E，故选项 选项C、 答案 AB
