粤教版选修35 2.1光电效应 学案.doc

2.1 光电效应课堂互动三点剖析一、光电效应实验与规律1.光电效应实验 研究光电效应规律的实验装置如图2-1-2所示，其中s是抽成真空的容器，c是石英窗口，紫外光和可见光都可以通过它射到容器里的金属板k上，在k的对面有另一金属板a，k和a组成一对电极，把k跟电池组的负极相连，a跟正极相连.图2-1-2（1）在没有光照射k时，电压表有示数，电流表没有示数.（2）保持a、k间电压一定，灯泡亮度一定，在窗口c前依次放上红色、橙色、绿色滤光片，观察到红光照射金属板k时没有光电流，橙光和绿光照射时，有光电流.（3）逐渐减小k、a间的正向电压，直到电压为零时，电流表仍有示数，说明光电流依然存在，如果在k、a间加一反向电压，则光电流变小，反向电压增大到某一值时，使光电流刚好为零。（4）给光电管电极k、a间加正向电场，以高于极限频率的光入射，保持电压不变，增加入射光的强度，发现光电流的强度增大.2.光电效应的规律序号规律1任何一种金属都有一个极限频率，入射光频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应2光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大3入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9 s4当入射光频率大于极限频率时，保持频率不变，光电流的强度与入射光的强度成正比二、正确理解光电效应的两个关系及光电效应与经典理论的矛盾1.光电效应规律中的两个关系 在光电效应实验规律中，有两个关系：（1）光电子的最大初动能mvm2,随入射光频率的增大而增大.（2）光电流的强度跟入射光的强度成正比.注意第一个关系中并不是成正比,而第二个关系是成正比,根据爱因斯坦光电效应方程mv2=h-w.对于某一金属而言，逸出功w是一定值，普朗克常量h是一常数，故从上式可以看出，最大初动能mvm2与入射光频率是成一次函数关系，而不是成正比的.光电流的强度是由从金属表面逸出的光电子数目决定的，而从金属表面逸出的光电子数目是由入射光子的数目决定的，入射光子数目的多少又是由入射光的强度决定的，所以，我们容易推得，光电流的强度跟入射光的强度成正比.2.经典理论与光电效应的矛盾 经典波动理论认为，光是一种电磁波，光的强度取决于振幅大小，振幅越大，光就越强.金属在光的照射下，其中的自由电子就会由于光的变化着的电磁场作用而做受迫振动，无论照射光的频率如何，只要光足够强，自由电子受迫振动的幅度就会足够大，这样就可以产生光电效应，而这与实验事实恰恰相反，关于照射时间的问题，波动观点更是陷入了困境，如果光强很微弱，则在从光开始照射到光电子的发射之间应该有一个可测的滞后时间，在这段时间内电子应从光束中不断吸收能量，一直到所积累的能量能够使它逸出金属表面为止，这与光电效应的瞬时性存在严重的矛盾，既然光电效应与传统的波动理论存在如此巨大的矛盾，因此，这个理论不适用于解释微观粒子的运动.各个击破【例1】 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，验电器的指针就张开一个角度，如图2-1-3所示，这时 （ ）图2-1-3a.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，指针带负电解析：本题应从光电效应，验电器原理来考虑解答。锌板原来不带电，验电器的指针发生了偏转，说明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.故选b项.答案：b类题演练1如图2-1-4所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是（ ）图2-1-4a.入射光太弱 b.入射光波长太长c.光照时间短 d.电源正负极接反解析：只要入射光的频率大于极限频率，就会有光电子射出，只要所加反向电压大于遏止电压，电子达不到阳极也不会有光电流，故仅b、d两项正确.答案：bd变式提升在做光电效应演示实验时，把某金属板连在验电器上，第一次用弧光灯直接照射金属板，验电器的指针张开一个角度，第二次在弧光灯和金属板之间插入一块普通玻璃，再用弧光灯照射，验电器的指针不张开.由此可以判定，使金属板产生光电效应的是弧光灯中的( )a.可见光成分 b.红外线成分c.无线电波成分 d.紫外线成分解析：因为玻璃不能挡住可见光，且红外线与无线电波频率都比可见光小，故d项正确.答案：d【例2】 一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列正确的是（ ）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类题演练2如图2-1-5所示，阴极k用极限波长0=0.66 m的金属铯制成，用波长=0.50 m的绿光照射阴极k调整两个极板电压，当a板电压比阴极高出2.5 v时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64 a,求图2-1-5（1）每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能.（2）如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍，每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能.解析：（1）当阴极发射的光电子全部达到阳极a时，光电流达到饱和，由电流可知每秒到达阴极的电子数，即每秒发射的电子数.由爱因斯坦光电效应方程可计算最大初动能.（2）光强加倍，每秒钟发射的光电子数加倍，但入射光频率不变，发射的光电子的最大初动能不变.（1）光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部达到阳极a，阴极每秒钟发射的光电子的个数n=4.01012.根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能：mm2=h-w=6.6310-343108()