粤教版 (2019)选择性必修 第三册第二节 光电效应方程及其意义评课ppt课件

这是一份粤教版 (2019)选择性必修 第三册第二节 光电效应方程及其意义评课ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了课前·自主预习，光电效应，最小频率，光的强度，照射时间，-9s，微思考，能量子，最小能量值，不连续等内容，欢迎下载使用。
①物理观念：通过对光电效应、波粒二象性、不确定性关系等内容的教学，完善学生对物质的认识，帮助学生形成相对完整、科学的物理观念、运动与相互作用观念．
②科学思维：对微观世界的研究，提出了各种模型如粒子性模型，粒子的波动性模型、粒子的波粒二象性模型，使我们知道物理学的研究需要建构模型；能对常见的物理现象进行简单分析；知道表达观点需要证据；知道质疑和创新的重要性．③科学探究：通过让学生了解光电效应实验的探究，引导学生认识光及实物粒子的波粒二象性，进一步认识光的本性．④科学态度与责任：通过关于光电效应以及波粒二象性等相关内容的学习，知道所有物理结论都必须接受实践的检验，在学习与研究中做到实事求是，不迷信权威，能与他人合作．
本章重点①光电效应规律概念、德布罗意波；②光电效应规律、不确定性关系；③爱因斯坦光电效应方程．本章难点①理解能量量子化，爱因斯坦光电效应方程解释光电效应实验现象；②理解光的波粒二象性及其对立统一的关系；③理解德布罗意波；④理解不确定性关系的具体含义．
1．光电效应现象在物理学中，在光的照射下________从物体表面逸出的现象．2．光电效应的实验规律(1)发生的条件：每一种金属对应一种光的___________，又称截止频率．只有当光的频率________________________时，才会产生_____ _____．当光的频率小于这个最小频率时，即使增加_______________或__________，也不能产生光电效应．
大于或等于这个最小频率
(2)与光的强度的关系：产生光电效应时，光的强度______，单位时间内逸出的电子数________.(3)发生光电效应所需的时间：从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔很短，通常可在________内发生光电效应．(4)遏止电压：使发生光电效应的回路中的光电流减小为零时的反向电压．符号为Uc.表达式为________________，式中vmax为光电子的最大速率．
光电效应现象与光照时间和光的强度有关吗？【答案】无关．
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．从光照射到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增大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】光电效应几乎是瞬时发生的，与入射光的强度无关，A错误．由于已经发生光电效应，说明入射光的频率大于该金属的截止频率，当频率保持不变时，一定能发生光电效应，D错误．入射光的强度减弱，说明单位时间内入射到金属表面的光子数减少，所以单位时间内从金属表面逸出的光电子数目也将减少，C正确．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，B错误．
1．普朗克公式德国物理学家普朗克对黑体辐射问题进行了系统的理论研究，推导出了普朗克公式ε＝hν，把它与实验数据进行比较，发现与实验结果“令人满意地相符”．2．普朗克设想(1)黑体的空腔壁是由大量振子组成的，其能量E只能是某一______________hν的整数倍，即E＝nhν(n＝1，2，3，…)，式中ν为振子的频率，h是一个常量，h＝________________．
6.63×10-34 J·s
(2)最小能量hν叫作________．(3)在微观世界中能量是________变化的，只能取____________，这种现象叫作能量的________．3．意义普朗克能量子假设，使人类对__________的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了________的影响．
为了得出与实验相符的黑体辐射公式，普朗克提出了什么样的观点？【答案】普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍．
(多选)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是(　　)A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B．辐射或吸收的能量是某一最小值的整数倍C．辐射和吸收的能量是量子化的D．辐射的能量是量子化的，吸收的能量是连续的【答案】ABC【解析】带电微粒的辐射和吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍，一份一份地辐射或吸收的，是不连续的．故A、B、C正确，D错误．
1．光子说：看似连续的光实际上是由个数有限、分立于空间各点的________组成的，每一个________的能量为________．光在发射和吸收能量时是一份一份的．2．光电效应方程(1)表达式：hν＝W0＋Ek.(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于从金属表面逸出时做功，剩下的表现为电子逸出后具有的______________．
3．光电效应的应用(1)________________．(2)微光夜视仪．(3)________________．
你对光电效应中的“光”是怎样认识的？在光电效应实验中光照时间越长，光电流越大吗？【答案】当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应，而逸出的电子称为光电子. 光电流取决于照射光的强度，与光照时间长短无关．
频率为ν的光照到某金属材料时，产生光电子的最大初动能为Ekm，若改用频率为2ν的光照射同一金属材料，则所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)(　　)A．Ekm＋hνB．2EkmC．Ekm－hνD．Ekm＋2hν【答案】A【解析】由光电效应方程得频率为ν的光照射金属材料时Ekm＝hν－W0，改用频率为2ν的光照射同一金属材料时Ekm′＝h·2ν－W0，解得Ekm′＝Ekm＋hν，故A正确．
2．概念辨析(1)饱和光电流：在光照条件不变时，电流随电压升高而增大到的最大值(Im).(2)遏止电压：使光电流减小到0时的反向电压(Uc).(3)截止频率：使某种金属发生光电效应的最小频率．又叫极限频率(νc).不同金属截止频率不同．
3．光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应．低于截止频率时，无论光照强度多强，都不会发生光电效应现象．(2)光电子最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．(3)入射光照射到金属上时，光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10-9 s.(4)当入射光的频率高于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比．
4．电磁理论解释光电效应的三个难点电磁理论认为：光的能量是由光的强度决定，而光的强度又是由光波的振幅所决定的，跟频率无关．
对光电效应的实验规律的理解例1　利用光电管研究光电效应实验，如图所示，用频率为ν1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，电流表中不一定有电流通过B．用红外线照射，电流表中一定无电流通过C．用频率为ν1的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片移到a端，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν1的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片向b端滑动时，电流表示数可能不变
【答案】D【解析】因为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，A错误．因为不知道阴极K的截止频率，所以用红外线照射时，不一定发生光电效应，B错误．即使UAK＝0，电流表中也有电流，C错误．当滑片向b端滑动时UAK增大，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当射出的所有光电子都能达到阳极A时，光电流达到最大，即饱和电流，若在滑动前，光电流已经达到饱和电流，那么再增大UAK，光电流也不会增大，D正确．
变式1　光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象．在高于某特定频率的电磁波照射下，某些金属内部的电子会被光子激发出来而形成光电子．下列关于光电效应的说法正确的是(　　)A．光电效应是原子核吸收光子后向外释放电子的现象B．光电子的最大初动能Ek与入射光的强度无关C．相同强度的黄光和绿光照射同种金属材料时相同时间内逸出的光电子数相等D．入射光的频率为原来一半时，逸出的光电子数一定减半
【答案】B【解析】光电效应是原子的核外电子吸收光子后从金属表面逸出的现象，A错误；光电子的最大初动能Ek与入射光的强度无关，与入射光的频率有关，B正确；强度相同的黄光和绿光由于频率不同，光子数不同，所以照射同种金属材料时相同时间内逸出的光电子数也不相同，C错误；当入射光的频率为原来一半时，有可能不会发生光电效应，D错误．
关于光电效应的三点提醒1．发生光电效应时需满足：照射光的频率大于金属的截止频率，即ν＞ν0.2．光电子的最大初动能与照射光的频率及金属的截止频率有关，而与照射光的强弱无关，照射光强度大小决定了逸出光电子的数目多少．3．在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．
1．概念普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，即：ε，2ε，3ε，…，nε(n为正整数，称为量子数).也就是以这个最小能量值为单位，一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．
能量子大小：对于频率为ν的谐振子最小能量为ε＝hν，h是普朗克常量(h＝6.626×10-34 J·s).一般取h＝6.63×10-34 J·s.2．能量的量子化在微观世界里，能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化．意义：可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象．3．理解能量的量子化(1)物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态．
(2)在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化．(3)能量子的能量ε＝hν，其中，h是普朗克常量，ν是电磁波的频率．4．发光功率与单个光子能量的关系发光功率P＝n·ε，其中n为单位时间发出的光子数目，ε为单个光子能量．
对能量子的理解例2　某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h表示普朗克常量，则激光器每秒发射能量子的数目为(　　)
变式2　(多选)(2023年广元期中)光刻机又名“掩模对准曝光机”，是制造芯片的核心装备，它是利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片．为提高光刻机投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体，提高分辨率，如图所示．则加上液体后，下列说法正确的是(　　)
A．紫外线进入液体后光子能量增加B．紫外线在液体中的波长比在真空中短C．传播相等的距离，紫外线在液体中比在真空中的时间长D．紫外线在液体中比在空气中更容易发生衍射【答案】BC
解有关能量子问题的技巧
1．光电效应方程的理解(1)光电效应方程Ek＝hν－W0中，Ek为光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时的动能大小可以是零到最大值范围内的任何数值．(2)光电效应方程表明，光电子的最大初动能与入射光的频率ν呈线性关系(注意不是正比关系)，与光强无关．
对光电效应方程的理解及应用
(4)光电效应方程实质上是能量守恒方程．(5)逸出功W0：电子从金属中逸出所需要克服原子核的束缚而消耗的能量的最小值，叫作金属的逸出功．光电效应中，从金属表面逸出的电子消耗能量最少．
2．光子说对光电效应的解释(1)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，而且这个传递能量的过程只能是一个光子对一个电子的行为．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子的束缚，就不能发生光电效应．
(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，所以光电效应的发生几乎是瞬时的．(4)发生光电效应时，单位时间内逸出的光电子数与光强度成正比，光强度越大意味着单位时间内打在金属上的光子数越多，那么逸出的光电子数目也就越多，光电流也就越大．
对光电效应方程的理解及应用例3　紫光在真空中的波长为4.5×10-7 m，问：(1)紫光光子的能量是多少？(2)用它照射截止频率为ν0＝4.62×1014 Hz的金属钾时能否产生光电效应？(3)若能产生，则光电子的最大初动能为多少？(h＝6.63×10-34 J·s)
变式3　(2023年苏州检测)如图所示用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10-19 C，由图可知下列不正确的是(　　)A．该金属的截止频率为5.5×1014 HzB．该金属的截止频率为4.27×1014 HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功约为1.77 eV
变式4　(多选)(2023年厦门检测)在研究a、b两种金属发生光电效应现象的实验中，得到从金属表面逸出光电子最大初动能Ek与入射光频率ν之间的关系如图中直线①②所示．已知h为普朗克常量，则(　　)A．图中直线①②的斜率均为B．金属a的逸出功小于金属b的逸出功C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同D．若产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到金属b的光频率较高
【答案】BD【解析】由光电效应方程有Ek＝hν－W0可知，Ek－ν的斜率均为h，A错误；由光电效应方程有Ek＝hν－W0，图线与纵轴的截距的绝对值表示金属的逸出功，则金属a的逸出功小于金属b的逸出功，若产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到金属b的光频率较高，B、D正确；由光电效应方程有Ek＝hν－W0可知，在得到这两条直线时，与入射光的光强无关，只与光的频率有关，C错误．
1．截止频率为ν0的光照射金属对应逸出电子的最大初动能为零，逸出功W0＝hν0.2．某种金属的逸出功是一定值，随入射光频率的增大，光电子的最大初动能增大，但光电子的最大初动能与入射光的频率不成正比．
1．下列宏观概念是“量子化”的是(　　)A．物体的质量B．木棒的长度C．花生米的粒数D．物体的动能【答案】C【解析】粒数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的．其他三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的．故只有C正确．
2．光子的能量与其(　　)A．频率成正比B．波长成正比C．速度成正比D．速度平方成正比【答案】A【解析】根据E＝hν可知，光子的能量与频率成正比，故选A．
3．(2023年安康模拟)光电鼠标是一种常见的计算机输入设备，其原理利用了光电效应．在鼠标表面安装一个光电传感器，当光电传感器接收到光线，就会产生电信号，从而控制计算机的操作．关于光电效应，下列说法正确的是(　　)
A．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应B．入射光的强度越大，从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大C．对于给定的金属，入射光的频率越大，逸出功越大D．同一光电管，入射光的波长越长，对应的遏止电压越小
4．已知某种单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为(　　)
5．(2023年山西联考)光子具有能量，还具有动量，光子的动量p与光的波长λ和普朗克常量h有关．康普顿效应为我国杰出的科学家吴有训先生用实验所验证．图中的这枚邮票就是为纪念吴有训先生而发行的．关于真空中光子动量的表达式正确的是(　　)
6．用不同频率的紫外线分别照射钨板和锌板而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能Ek随入射光的频率ν变化的Ek－ν图像，已知钨元素的逸出功为3.28 eV，锌元素的逸出功为3.34 eV，若将两者的图像分别用实线与虚线画在同一个Ek－ν图上．则下图中正确的是(　　)
【答案】A【解析】根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ek－ν图像的斜率为普朗克常量h，因此图中两图线应平行，C、D错误；横轴的截距表示恰能发生光电效应(光电子最大初动能为零)时的入射光的频率，即截止频率．由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的截止频率越大，则知能使金属锌发生光电效应的截止频率较大，A正确，B错误．
7．(2023年河北模拟)某研究小组用图甲所示光电效应实验的电路图，来研究两个光电管a、b用同一种光照射情况下的光电流与电压的关系，测得两光电管a、b两极间所加电压U与光电流I的关系如图乙所示．则有关这两个光电管的说法正确的是(　　)
A．a的饱和光电流大，所以照射光电管a的光子能量大B．照射光电管b时产生光电子的最大初动能大C．照射两光电管时光电管b产生光电子需要的时间较长D．光电管a阴极所用金属的极限频率小【答案】B【解析】照射两个光电管所用的是同一种光，光子能量相同，A错误；根据动能定理－eUc＝0－Ek可知，最大初动能与遏止电压成正比，根据图像可知Uc a