教科版选修35 第四章 2光电效应与光的量子说 课件（33张）.pptx

2光电效应与光的量子说 第四章波粒二象性 学习目标 1 知道光电效应现象 能说出光电效应的实验规律 2 能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 内容索引 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习预习新知夯实基础 自主预习 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 光强越大 光电流越大 电子 电子 超过 光强 3 光电子的最大初动能与入射光的成线性关系 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 9s 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 2 爱因斯坦光电效应方程的表达式 其中w为电子从金属内逸出表面时所需做的功 3 截止频率 当最大初动能等于零时 金属表面不再有光电子逸出 这时入射光的频率就是截止频率 0 频率 h 光子 即学即用 1 判断下列说法的正误 1 任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应 2 金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关 3 光子 就是 光电子 的简称 4 逸出功的大小与入射光无关 5 入射光若能使某金属发生光电效应 则入射光的强度越大 照射出的光电子数越多 6 最大初动能的大小与入射光的频率有关 与入射光的光强无关 答案 2 某金属的逸出功为w 则这种金属的截止频率 0 用波长为 的光照射金属的表面 光电子的最大初动能ek 已知普朗克常量为h 光速为c 答案 重点探究 导学探究 如图1甲是研究光电效应现象的装置图 图乙是研究光电效应的电路图 请结合装置图及产生的现象回答下列问题 一 光电效应现象及其实验规律 图1 1 在甲图中发现 利用紫外线照射锌板无论光的强度如何变化 验电器都有张角 而用红光照射锌板 无论光的强度如何变化 验电器总无张角 这说明了什么 答案 答案金属能否发生光电效应 决定于入射光的频率 与入射光的强度无关 2 在乙图中光电管两端加正向电压 用一定强度的光照射时 若增加电压 电流表示数不变 而光强增加时 同样电压 电流表示数会增大 这说明了什么 答案发生光电效应时 当入射光频率不变时 飞出的光电子个数只与光的强度有关 答案 3 在乙图中若加反向电压 当光强增大时 遏止电压不变 而入射光的频率增加时 遏止电压却增加 这一现象说明了什么 答案光电子的能量与入射光频率有关 与光的强度无关 答案 4 光电效应实验表明 发射电子的能量与入射光的强度无关 而与光的频率有关 试用光子说分析其原因 答案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 而且传递能量的过程只能是一个光子对应一个电子的行为 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来的束缚 就不能发生光电效应 而当光的频率高于截止频率时 能量传递给电子以后 电子摆脱束缚要消耗一部分能量 剩余的能量以光电子的动能形式存在 答案 知识深化 1 光电效应的实质 光现象电现象 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电子 其本质还是电子 4 能不能发生光电效应由入射光的频率决定 与入射光的强度无关 5 发生光电效应时 在光的颜色不变的情况下 入射光越强 单位时间内发出的光电子数越多 6 光的强度与饱和光电流 饱和光电流与光强有关 与所加的正向电压大小无关 饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的 对于不同频率的光 由于每个光子的能量不同 饱和光电流与入射光强度之间不是简单的正比关系 例1 多选 现用某一光电管进行光电效应实验 当用某一频率的光入射时 有光电流产生 下列说法正确的是a 保持入射光的频率不变 入射光的光强变大 饱和光电流变大b 入射光的频率变高 饱和光电流变大c 入射光的频率变高 光电子的最大初动能变大d 保持入射光的光强不变 不断减小入射光的频率 始终有光电流产生 解析 答案 解析保持入射光的频率不变 入射光的光强变大 单位时间内逸出的光电子变多 饱和光电流变大 a对 据爱因斯坦光电效应方程h mv2 w可知 入射光的频率变高 光电子的最大初动能变大 饱和光电流不变 b错 c对 当h w时没有光电流产生 d错 导学探究 用如图2所示的装置研究光电效应现象 用光子能量为2 75ev的光照射到光电管上时发生了光电效应 电流表的示数不为零 移动滑动变阻器的滑片 发现当电压表的示数大于或等于1 7v时 电流表示数为0 1 光电子的最大初动能是多少 遏止电压为多少 二 光电效应方程的理解和应用 图2 答案1 7ev1 7v 答案 2 光电管阴极的逸出功又是多少 3 当滑片向a端滑动时 光电流变大还是变小 答案变大 答案 4 当入射光的频率增大时 光电子最大初动能如何变化 遏止电压呢 答案变大变大 知识深化 2 光电效应方程实质上是能量守恒方程 能量为 h 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表面对它的吸引 另一部分转化为电子离开金属表面时的动能 2 光电效应规律中的两条线索 两个关系 1 两条线索 2 两个关系光照强度大 光子数目多 发射光电子多 光电流大 光子频率高 光子能量大 产生光电子的最大初动能大 例2在光电效应实验中 飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线 甲光 乙光 丙光 如图3所示 则可判断出a 甲光的频率大于乙光的频率b 乙光的波长大于丙光的波长c 乙光的频率大于丙光的频率d 甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能 解析 答案 图3 两式联立可得h w eu0 丙光的反向遏止电压最大 则丙光的频率最大 甲光的频率等于乙光的频率 a c错误 光电效应图线的理解和应用1 ek 图线 如图4甲所示是光电子最大初动能ek随入射光频率 的变化图线 这里 横轴上的截距是阴极金属的截止频率 纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值 斜率为普朗克常量 ek mv2 h w ek是 的一次函数 不是正比例函数 图4 2 i u曲线 如图乙所示是光电流i随光电管两极板间电压u的变化曲线 图中im为饱和光电流 u0为反向遏止电压 说明 1 由ek eu0和ek h w知 同一色光 遏止电压相同 与入射光强度无关 频率越大 遏止电压越大 2 在入射光频率一定时 饱和光电流随入射光强度的增大而增大 达标检测 1 对光电效应现象的理解 多选 如图5所示 用弧光灯照射擦得很亮的锌板 验电器指针张开一个角度 则下列说法中正确的是a 用紫外线照射锌板 验电器指针会发生偏转b 用红光照射锌板 验电器指针一定会发生偏转c 锌板带的是负电荷d 使验电器指针发生偏转的是正电荷 1 2 3 4 答案 图5 解析 解析将擦得很亮的锌板与验电器连接 用弧光灯照射锌板 弧光灯可以发出紫外线 验电器指针张开一个角度 说明锌板带了电 进一步研究表明锌板带正电 这说明在紫外线的照射下 锌板中有一部分自由电子从表面飞出 锌板带正电 选项a d正确 c错误 红光的频率低于紫外线的频率不一定能使锌板发生光电效应 b错误 1 2 3 4 2 光电效应的实验及规律 利用光电管研究光电效应实验如图6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 的可见光照射阴极k 当滑动变阻器的滑片移到a端时 电流表中一定无电流通过d 用频率为 的可见光照射阴极k 当滑动变阻器的滑动片向b端滑动时 电流表示数可能不变 答案 1 2 3 4 解析 解析因紫外线的频率比可见光的频率高 所以用紫外线照射阴极k时 电流表中一定有电流通过 选项a错误 因不知阴极k的截止频率 所以用红光照射时 不一定发生光电效应 选项b错误 即使uak 0 电流表中也可能有电流通过 所以选项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 直至达到饱和光电流 若在滑动前 电流已经达到饱和光电流 那么即使增大uak 光电流也不会增大 所以选项d正确 1 2 3 4 3 光电效应的图像 如图7所示是光电效应中光电子的最大初动能ek与入射光频率 的关系图像 从图中可知a ek与 成正比b 入射光频率必须小于极限频率 0时 才能产生光电效应c 对同一种金属而言 ek仅与 有关d ek与入射光强度成