高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应集体备课课件ppt

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1.通过实验了解光电效应的实验规律。2.知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。3.了解康普顿效应,了解光子的动量。4.理解光的波粒二象性。
一、光电效应的实验规律1.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:在光的照射下,从金属中发射出的电子叫光电子。
2.光电效应规律。(1)存在截止频率:当入射光的频率减小到某一数值νc时,光电流　消失　,这表明已经没有光电子了,νc称为截止频率或极限频率。 (2)存在饱和电流:光照条件不变的情况下,随着所加电压的　增大　,光电流趋于一个饱和值。 (3)存在遏止电压:如果施加反向电压,使光电流减小到　0　的反向电压Uc称为遏止电压。 (4)光电效应具有瞬时性:光电效应几乎是　瞬时　发生的,几乎不需要时间的积累。 
微探究1 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,观察验电器指针,指针夹角会变小。这个现象说明了什么问题?提示:指针夹角变小意味着锌板带的负电荷变少了,说明了紫外线会让电子从锌板表面逸出。
二、光电效应经典解释中的疑难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。 2.几种金属的截止频率和逸出功。
3.疑难问题。(1)截止频率的存在。(2)遏止电压Uc与光的强弱无关。(3)光电效应的瞬时性。
三、爱因斯坦的光电效应理论1.爱因斯坦的光子说: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.光电效应方程:　Ek=hν-W0　。 3.光电效应的Ek-ν图像。
微训练 铝的逸出功为W0=6.72×10-19 J,用波长λ=200 nm的光照射不带电的铝箔,发生光电效应,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,电子电荷量为e=1.6×10-19 C。求:(1)发生光电效应时,铝箔的电性;(2)用铝箔制作的光电管的遏止电压Uc。(结果保留两位有效数字)答案:(1)正　(2)2.0 V
解析:(1)根据光电效应现象可以知道,电子逃逸,则铝箔表面带正电。(2)根据爱因斯坦光电效应方程得光电子最大初动能Ek= -W0根据动能定理可得Ek=eUc联立解得Uc=2.0 V。
四、康普顿效应和光子的动量1.康普顿效应: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.康普顿的理论观点:　p= 　。 
微探究2 太阳光从小孔射入室内时,我们从侧面可以看到这束光;白天的天空各处都是亮的;宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目,其他方向的天空却是黑的,为什么?提示:在地球上存在着大气,太阳光经微粒散射后传向各个方向,而在太空中的真空环境下光不能散射只向前传播。
五、光的波粒二象性光既具有　波动　性,又具有　粒子　性,即光具有波粒二象性。 微思考 哪些现象说明了光的波粒二象性?提示:光的干涉和衍射说明光具有波动性,康普顿效应、光电效应说明了光的粒子性。
重难归纳1.光子与光电子。(1)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)对于同一种金属,光电子的能量只与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关。
一 光电效应中的几组概念的理解
2.光电子的初动能、最大初动能与遏止电压。(1)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,剩余部分为光电子的初动能。(2)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。
3.饱和电流、正向电压与光的强弱三者之间的关系。(1)存在饱和电流的原因。在一定的光照条件下,单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的,电压增加到一定值时,所有光电子都被阳极A吸收,这时即使再增大电压,电流也不会增大。
(2)饱和电流与正向电压的关系。从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,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和电流,在一定的光照条件下,饱和电流与所加正向电压大小无关。(3)饱和电流与光的强弱的关系。实验表明,在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大。这说明,对于一定频率(颜色)的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多。
不带电的锌板和验电器用导线相连,若用甲灯照射锌板,验电器的金属箔片不张开;若用乙灯照射锌板,验电器的金属箔片张开,如图所示,比较甲灯与乙灯发出的光的频率、波长、强弱。提示:由题可知,甲灯没有使锌板发生光电效应,乙灯使锌板发生了光电效应,故乙灯发出的光频率更高,波长更短,光电效应发生与否与光的强弱无关,光的强弱无法判断。
典例剖析在利用光电管研究光电效应的实验中,入射光照到某金属表面上发生光电效应,若入射光减弱,而频率保持不变,那么(　 )A.从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B.饱和光电流将会减弱C.遏止电压将会减小D.有可能不再发生光电效应答案:B
解析:发生光电效应时,若入射光减弱,而频率保持不变,则从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将保持不变,选项A错误;入射光减弱,则单位时间内逸出的光电子的数目将减小,则饱和光电流将会减弱,选项B正确;根据遏止电压的表达式可知,光的频率不变,则最大初动能不变,遏止电压不变,选项C错误;因为光电效应取决于光的频率,故仍能发生光电效应,选项D错误。
方法技巧 1.入射光线的频率大于等于该金属的极限频率时才能产生光电效应,与入射光的强弱、照射时间无关。 2.光电子的最大初动能与入射光的强弱无关,只与入射光的频率有关,随入射光频率增大而增大。 3.当入射光的频率大于极限频率时,保持频率不变,则入射光越强,饱和电流越大。 4.光线照射金属表面,光电子发射几乎是瞬时的,不需要时间的积累。
学以致用用图示装置研究光电效应现象,阴极K与滑动变阻器的中心c点相连,当滑片P移到c点时,光电流为零。为了产生光电流,可采取的措施是(　　)A.增大入射光的频率B.把P从c向a移动C.把P从c向b移动D.增强入射光答案:A
解析:增大入射光的频率,当入射光的频率大于金属的极限频率时,产生光电效应,金属有光电子发出,电路中能产生光电流,故选项A正确;把P从c向a移动,P点电势大于c点的电势,光电管加上正向电压,但不能产生光电效应,没有光电流形成,故选项B错误;把P从c向b移动,不能产生光电效应,没有光电流形成,故选项C错误;能否产生光电效应与入射光的强弱无关,增强入射光,仍不能产生光电流,故选项D错误。
重难归纳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,其离开金属时动能的大小可以是0~Ek范围内的任何数值。
二 爱因斯坦光电效应方程的理解
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,可知hν>W0,ν> =νc,而νc恰好是光电效应的截止频率。
下图是研究光电效应的电路图。(1)闭合开关后,当电压表的示数为0时,电流表的示数不是0,说明了什么?(2)闭合开关,将滑动变阻器的滑片向右移动,会观察到什么现象?说明了什么?(3)若将电源的正负极对调,电压表的正负接线柱对调,闭合开关,滑动变阻器的滑片向右移动时,又会观察到什么现象?说明了什么?
提示:(1)说明发生了光电效应现象。(2)电压表、电流表的示数均增大,当电流增大到一定值后,滑动变阻器的滑片再向右移动,电流也不再增大。说明存在饱和电流。(3)电压表示数增大,电流表示数减小,最后电流表的示数可能减小到0。说明存在遏止电压。
典例剖析利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示,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.改用紫外光照射K,电流表中没有电流通过B.只增强该可见光,电流表中通过的电流将变小C.若将滑动变阻器的滑片移到A端,电流表中一定无电流通过D.若将滑动变阻器的滑片向B端移动,电流表示数可能不变
解析:发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,紫外光的频率更大,所以改用紫外光照射K,电流表中有电流通过,选项A错误;只增强该可见光,电流表中通过的电流将变大,选项B错误;若将滑动变阻器的滑片移到A端,电流表中也有电流通过,因为是正向电压,只要发生光电效应就有光电流通过,选项C错误;如果光电流已经达到饱和光电流,则增大电压,光电流将保持不变,所以若将滑动变阻器的滑片向B端移动,电流表示数可能不变,选项D正确。
规律总结 1.入射光的强弱决定着单位时间内光源发出的光子数,决定着单位时间逸出的光电子数,决定着饱和光电流的大小。 2.入射光的频率决定着光子能量的大小,决定着能否发生光电效应,决定着逸出光电子的最大初动能。
学以致用用红光照射光电管阴极发生光电效应时,光电子的最大初动能为Ek,饱和光电流为I,若改用强弱相同的绿光照射同一光电管,产生光电子的最大初动能和饱和光电流分别为Ek'和I',则正确的是(　　)　　　　　　　　　　A.Ek'Ek,I'>IC.Ek'>Ek,I'