高中物理 第二章 第一节 光电效应配套辅导与检测课件 粤教版选修35.ppt

第一节光电效应 1 了解光电效应的规律和光电管的工作原理 2 知道并理解极限频率 遏止电压的概念 3 理解光电效应与光的电磁理论的矛盾 光的干涉 衍射现象说明光是电磁波 光的偏振现象进一步说明光还是横波 19世纪60年代 麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质 然而 出人意料的是 正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候 又发现了用波动说无法解释的新现象 光电效应现象 对这一现象及其他相关问题的研究 使得人们对光的又一本质性认识得到了发展 一 光电效应与光电流1 物体在光 包括不可见光 的照射下 的现象叫做光电效应 发射出来的电子叫做 说明 1 光电效应的实质 把光现象转化为电现象 2 使锌板发射出电子的光是弧光灯发出的紫外线 2 光电管是利用光电效应把 转变成 的光电器件 发射电子 光电子 光信号 电信号 1 构造 如图所示 主要由密封在真空玻璃管内的阴极和阳极组成 2 工作原理 表面敷有碱金属的阴极在光的照射下发射出电子 这些电子被阳极收集 在回路中形成电流 为了增强光电流 采取如图所示的电路 在光电管两极上加上正向电压 这样在电阻r两端会输出一个随光的强度而变化的电压 把光信号变成了电信号 3 光电管的阴极在光照的条件下从阴极发出的 被 收集 在回路中会形成 称为光电流 二 光电流的变化光电流的产生是 的结果 当入射光的 达到一数值后才有光电流 饱和 光电流的大小跟入射光的强度有关 三 极限频率对于每一种金属 只有当 频率大于某一频率 0时 才会产生光电流 我们把 0称为极限频率 对应的波长称为 极限波长 光电子 阳极 电流 光照射 频率 入射光 不同的金属材料的极限频率不同 同种材料的极限频率是确定的 四 遏止电压1 在强度和频率一定的光照射下 回路中的 会随着反向电压的增大而 当反向电压达到某一数值时 为零 这时的反向电压称为 用符号u0表示 2 根据动能定理 遏止电压与光电子出射时最大初始动能的关系式 3 光电流的最大初始动能可以通过测量遏止电压来确定 遏止电压与入射光的 无关 与入射光的 有关 遏止电压 光电流 减小 光电流 频率 强度 探究光电流的大小变化 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强度及其频率有何关系 实验通过改变光罩上入射孔的数目或大小来改变入射光的强度 通过更换不同的滤光片来改变光的频率 因光的颜色由频率决定 光的颜色不同 光的频率便不同 光电流大小可通过电流表显示出来 实验时 先保持光的频率不变 改变入射光的强度 探究光电流的变化与入射光强度的关系 再保持光的强度不变 改变入射光的频率 探究光电流的变化与光的频率的关系 探究结论 当发生光电效应时 光电流大小随入射光强度增大而增大 当入射光的频率低于某一频率 便不能发生光电效应 双选 已知光电管阴极的极限频率为 0 如图所示 现将频率 大于 0的光照射在阴极上 a 照射在阴极上的光的强度越大 单位时间内产生的光电子数目也越多b 为了阻止光电子到达阳极a 必须在a k间加一足够高的反向电压c 加在a k间的正向电压越大 通过光电管的饱和光电流的值也越大d 光电管的光电流值不因加在a 间正向电压的增大而增大 解析 由 0可知 阴极 发生光电效应 由实验结论知a正确 在a 间加一足够高的反向电压 在电场力的作用下 阴极 上逸出的光电子不能顺利到达阳极a 不能形成光电流 b正确 增大a 间的正向电压 开始时光电流增大 正向电压增大到某值时 可使从阴极逸出的光电子全部到达阳极 此时电路中的光电流达最大值 再增大电压 电流不变 c d错误 答案 ab 课堂训练 1 如图所示为一光电管电路 滑动变阻器触头p位于ab上的某点 用光照射光电管的阴极 电表无偏转 要使电表指针偏转 可采取的措施有 a 加大照射光的强度b 换用频率大的光照射c 将p向a滑动d 将电源的正 负极对调 解析 电表无偏转 说明没有发生光电效应现象 即入射光的频率小于极限频率 要能发生光电效应现象 只有增大入射光的频率 答案 b 遏止电压与光强及频率有无关系 从理论上来说 加反向电压后 从阴极逸出的光电子向阳极运动时做减速运动 有一些本来能到达的 加上反向电压后就到达不了 增大反向电压 到达的光电子数减小 电路中的电流减小 当从金属表面逸出时具有最大初动能的光电子刚好不能到达时 光电流为零 因此光电子的最大初动能与遏止电压间关系为 eu0 u0为遏止电压 结论 遏止电压与入射光的强度无关 与入射光的频率有关 随频率的增大而增大 光电子的最大初动能随入射光的频率的增大而增大 与入射光强度无关 随着反向电压的增大 光电流是逐渐减小的 这说明了逸出的光电子的动能是不同的 用绿光照射某光电管的阴极能发生光电效应 下列措施能使遏止电压增大的是 a 增加紫光的强度b 增加光照时间c 改用绿光照射d 改用紫外线照射解析 遏止电压与光电子最大初动能都仅与频率有关 与入射光强度无关 随频率的增大而增大 因此 增大遏止电压的措施只能换用频率更大的光照射 故选d 答案 d 课堂训练 2 用波长为600nm的某单色光照射光电管阴极时 恰好发生光电效应 求 1 光电管阴极的极限频率 2 若换波长为200nm的单色光照射该光电管的阴极 当加上30ev的反向电压时电路中的电流刚好为零 求逸出光电子的最大初动能 解析 1 当用波长为600nm的光照射时刚好发生光电效应 此时全属的极限频率与光的频率相同 则 c 3 108 6 10 7 hz 5 1014hz 2 由遏止电压与光电子最大初动能的关系 eu0 可得 eu0 1 6 10 19 30j 4 8 10 18j 光电效应的理解 在光的照射下物体发射电子的现象叫做光电效应 发射出来的电子叫做光电子 1 光电效应基本规律 1 任何一种金属都有一个极限频率 或极限波长 入射光的频率必须大于这个极限频率 或小于极限波长 才能产生光电效应 2 光电子的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 当然遏止电压也与入射光的强度无关 随入射光频率的增大而增大 3 入射光照射到金属上时 光电子的逸出几乎是瞬时的 一般不超过10 9s 4 发生光电效应时 入射光越强 饱和光电流越大 逸出的光电子数越多 逸出的光电子数与入射光的强度成正比 2 光电效应与光的电磁理论的矛盾 1 按照光的电磁理论 光的能量是由光的强度决定的 光越强 光电子的初动能应越大 所以光的最大初动能 或遏上电压 应与光的强度有关 而与光的频率无关 但实验表明 光的最大初动能与光强无关 与光的频率有关 2 按照光的电磁理论 光的强度是由光波的振幅决定的 与光的频率无关 入射光频率再低 只要光足够强 电子都可获得足够能量从金属表面逸出 不应存在极限频率 3 如果光很弱 按经典电磁理论估算 电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出金属表面所需的能量 这个时间远远大于10 9s 如图所示为一个真空光电管的应用电路 其阴极金属材料的极限频率为4 5 1014hz 则以下判定正确的是 a 无论用怎样频率的单色光照射光电管 只要照射足够的时间都能在电路中产生光电流b 用6 1014hz的光照射光电管时 电路中有光电流产生 c 发生光电效应后 增加照射光电管的入射光的频率 电路中的光电流就一定增加d 发生光电效应后 增加电源电压电路中的光电流一定增加解析 根据光电效应规律可知 是否发生光电效应只要取决于入射光的频率是否大于极限频率 当发生光电效应时 其饱和电流的大小由光强决定 答案 b 3 用绿光照射一光电管 能产生光电效应 若想使锌板上逃逸出的光电子的最大初动能增大 可采用的方法是 a 增大绿光的照射强度b 改用红光照射c 改用紫光照射d 增大光电管上的加速电压 课堂训练 解析 光电子的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 当然遏止电压也与入射光的强度等无关 随入射光频率的增大而增大 答案 c 1 双选 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 有电子从锌板飞出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 基础达标 解析 锌板原来不带电 锌板在弧光灯的照射下发生了光电效应 发生光电效应时 锌板向空气中发射电子 所以锌板带正电 验电器的指针亦带正电 答案 ac 2 双选 光电效应实验中 下列表述正确的是 a 光照时间越长光电流越大b 入射光足够强就可以有光电流c 遏止电压与入射光的频率有关d 入射光频率大于极限频率才能产生光电子 解析 入射光的频率必须大于这个极限频率 或小于极限波长 才能产生光电效应 所以选项a b错误 d正确 遏止电压也与入射光的强度无关 随入射光频率的增大而增大 选项c正确 答案 cd 3 双选 如图所示的光电管的实验中 发现用一定频率的a单色光照射光电管时 电流表指针会发生偏转 而用另一频率的b单色光照射时不发生光电效应 那么 a b光的频率大于a光的频率b a光的频率大于b光的频率c 用a光照射光电管时流过电流表g的方向是a流向bd 用a光照射光电管时流过电流表g的方向是b流向a 解析 由发生光电效应易判断a错b对 光电流应从阳极流向阴极 故可判断c对d错 答案 bc 4 某金属在一束频率为v1的光照射下 恰能发生光电效应 改用另一束强度相同 频率为v2 v2 v1 的光照射时 则 a 逸出的光电子初动能增加 光电子数增加b 逸出的光电子初动能增加 光电子数减少c 逸出的光电子初动能增加 光电子数不变d 逸出的光电子初动能不变 光电子数增加 解析 光电子的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 入射光的强度是单位时间通过单位面积的光子总能量 即a nh n为单位时间通过单位面积的光子数 当强度不变 频率增大时 单位时间通过单位面积的光子数减小 光电子数减少 答案 b 5 关于光电效应中光电子的最大初动能 下列说法中正确的是 a 是从金属表面逸出的电子的动能中的最大值b 是吸收光子后直接从金属表面逸出的光电子的初动能c 是从金属表面逸出的光电子在刚离开金属表面时的动能d 是同时吸收两个光子能量从金属表面逸出的电子的动能 解析 在光电效应中一个电子只能吸收一个光子 电子吸收光子后 动能增加 可能向各个方向运动 损失的能量也各不相同 因此 从全属表面逸出的光电子的动能有大有小 从全属表面逸出的光电子中动能最大的光电子所具有的初动能叫光电子的最大初动能 故a选项正确 答案 a 6 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 则单位时间内逸出的光电子数目不变b 若增加绿光的照射强度 则逸出的光电子将具有更大的动能c 若改用紫光照射 则逸出的光电子将具有更大的动能d 若改用紫光照射 则单位时间内逸出的光电子数目增加 解析 在光电效应中 入射光的频率决定能否发生光电效应 在能产生光电效应时 入射光的强度影响单位时间内逸出的光电子数目 入射光的频率影响逸出的光电子的初动能的大小 选项c正确 答案 c 7 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 能力提升 解析 入射光的强度 是指单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量 入射光的强度减弱而频率不变 表示单位时间内到达同一金属表面的光子数目减少而每个光子的能量不变 根据对光电效应的研究 只要入射光的频率大于金属的极限频率 那么当入射光照到金属上时 光电子的发射几乎是同时完成的 与入射光的强度无关 具有最大初动能的光电子 是来自金属最表层的电子 当它们吸收了光子的能量后 只要大于金属的逸出功而能摆脱原子核的束缚 就能成为光电子 当光子的能量不变时 光电子的最大初动能也不变 当入射光强度减弱时 仍有光电子从金属表面逸出 但单位时间内逸出的光电子数目也会减少 答案 c 8 双选 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 解析 光电子的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 入射光的强度是单位时间通过单位面积的光子总能量 频率不变 当强度减弱时 单位时间通过单位面积的光子数减小 光电子数减小 入射光的频率大于极限频率时 发生光电效应 发射出电子 跟光的强度无关系 答案 bd 9 如图所示 一验电器与锌板相连 在a处用紫外灯照射锌板 关灯后 指针保持一定偏角 1 现用一带少量负电的金属小球与锌板接触 则验电器指针偏角将 填 减小 增大 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照射锌板 可观察到验电器指针 填 有 或 无 偏转 解析 紫外线照射锌板 锌板发生光电效应 放出光电子 锌板及与它连在一起的验电器带正电 带负电的小球与其接触后 中和一部分正电荷 验电器示数减小 红外线比黄光的频率更低 更不可能发生光电效应 能否发生光电效应与入射