高中物理 4.14.2 量子概念的诞生 光电效应与光的量子说课件 教科版选修35 .ppt

第四章波粒二象性 4 1 4 2量子概念的诞生光电效应与光的量子说 1 了解黑体与黑体辐射 知道辐射强度与波长的关系 2 了解能量子的概念及提出的过程 3 知道光电效应现象及其实验规律 4 掌握爱因斯坦光电效应方程及其意义 学习目标定位 学习探究区 一 光电效应产生的条件 二 光电效应的规律 三 动爱因斯坦光电效应方程 一 光电效应产生的条件 问题设计 实验 探究光电效应产生的条件如图1所示 取一块锌板 用砂纸将其一面擦一遍 去掉表面的氧化层 连接在验电器上 图1 1 用弧光灯照射锌板 看到的现象是 答案验电器偏角张开 说明锌板带电了 弧光灯发出的紫外线照射到锌板上 在锌板表面发射出光电子 从而使锌板带上了正电 2 若在弧光灯和金属板之间插入一块普通玻璃板 再用弧光灯照射 看到的现象是 答案指针偏角明显减小 因为紫外线不能穿过玻璃板而可见光和红外线却能 由此说明金属板产生光电效应是光中紫外线照射的结果而不是可见光和红外线 3 撤去弧光灯 换用白炽灯发出的强光照射锌板 并且照射较长时间 看到的现象是 答案观察不到指针的偏转 说明可见光不能使锌板发生光电效应 要点提炼 1 光电效应的实质 光现象转化为电现象 2 光电效应中的光包括不可见光和可见光 3 金属都存在一个极限频率 只有入射光的频率大于该金属的极限频率时光电效应才能发生 转化为 例1如图2所示 用弧光灯照射锌板 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 图2 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来 锌板中缺少电子 于是带正电 选项a d正确 红光不能使锌板发生光电效应 答案ad 返回 问题设计 二 光电效应的规律 如图3所示 阴极k和阳极a是密封在真空玻璃管中的两个电极 k用铯做成 电源加在k和a之间的电压大小可以调整 正负极也可以对调 图3 1 加在光电管两极间电压为零时 用紫光照射阴极 回路中有电流吗 改变入射光强度 光电流大小如何变化 答案有 光越强 光电流越大 2 保持入射光的强度不变 更换滤色片以改变入射光频率 使光由紫光 蓝光 绿光 红光 会看到什么现象 这说明什么 答案紫光 蓝光 绿光照射下有光电流 红光则没有 说明入射光的频率低于某一极限频率时将不能产生光电效应 3 在紫光照射下 加上反向电压 直至电流为0 改变光强做两次 记录下各个遏止电压的值 改用蓝光和绿光再各做一次 也记录下遏止电压的值 你发现什么规律 答案用紫光照射 不管光强如何 遏止电压相同 由紫光换成蓝光 绿光 遏止电压减小 说明遏止电压随入射光频率的减小而减小 4 遏止电压u与光电子的最大初动能ekm什么关系 由上述实验数据说明最大初动能与什么有关 答案根据动能定理eu ekm 遏止电压不同说明光电子的最大初动能只与入射光频率有关 且随入射光频率的增大而增大 要点提炼 1 光电效应的四条规律 1 极限频率的存在 入射光的频率必须 0 才能产生光电效应 与入射光强度及照射时间无关 2 光电子的最大初动能随着的增加而增加 而与入射光强度 3 当产生光电效应时 光电流大小随入射光强度的增大而 4 光电效应的发生几乎是的 一般不超过 大于 入射光频率 无关 增大 瞬时 10 9s 2 掌握三个概念的含义 1 入射光频率决定着和 2 入射光强度决定着 3 饱和光电流决定着 能否发生光电效应 光电子的最 大初动能 单位时间内发射的光子数 单位时间内发射的光电子数 例2如图4所示 电路中各元件完好 光照射到阴极k 灵敏电流计没有示数 其可能原因是 a 入射光强度太弱b 入射光的频率太小c 光照时间短d 电源正负极接反 图4 解析题图所示电路中形成电流需要具备两个条件 一是阴极k在光照射下有光电子逸出 二是溢出的光电子应该能在电路中定向移动到达阳极a 光电子的逸出取决于入射光的频率 只有入射光的频率大于截止频率 0时才有光电子逸出 与入射光的强度和时间无关 a c错 b对 光电子能否达到阳极a 取决于光电子的初动能大小和两极间所加电压的正负和大小共同决定 一旦电源接反了且电压大于遏止电压 即使具有最大初动能的光电子也不能达到阳极 即使发生了光电效应现象 电路中也不会有光电流 d对 所以正确选项为b d 答案bd 针对训练当用绿光照射光电管阴极k时 可以发生光电效应 则下列说法正确的是 a 增大绿光照射强度 光电子的最大初动能增大b 增大绿光照射强度 电路中光电流增大c 改用比绿光波长大的光照射光电管阴极k时 电路中一定有光电流d 改用比绿光频率大的光照射光电管阴极k时 电路中一定有光电流 解析光电流与光强有关 光越强光电流越大 故b对 最大初动能与光强无关 故a错 当改用频率更大的光照射时 一定能发生光电效应现象 因此有光电流 故c错 d对 答案d 返回 要点提炼 三 爱因斯坦光电效应方程 对光电效应方程h mv2 w的理解 1 光电效应方程实质上是能量守恒方程 能量为 h 的光子被电子所吸收 电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引 另一部分就是电子离开金属表面时的动能 如果克服吸引力做功最少为w 则电子离开金属表面时动能为ek 根据能量守恒定律可知 ek 最大 h w 2 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 h w 0 亦即h 0 而 0 恰好是光电效应的截止频率 w 3 ekm 曲线 如图5所示是光电子最大初动能ekm随入射光频率 的变化曲线 这里 横轴上的截距是 纵轴上的截距是 斜率为 图5 截止频率或极限频率 逸出功的负值 普朗克常量 例3如图6所示 当电键k断开时 用光子能量为2 5ev的一束光照射阴极p 发现电流表读数不为零 合上电键 调节滑动变阻器 发现当电压表读数小于0 6v时 电流表读数仍不为零 当电压表读数大于或等于0 6v时 电流表读数为零 由此可知阴极材料的逸出功为 a 1 9evb 0 6evc 2 5evd 3 1ev 图6 解析由题意知光电子的最大初动能为ek eu 0 6ev所以根据光电效应方程ek h w可得w h ek 2 5 0 6 ev 1 9ev 答案a 返回 课堂要点小结 能量量子化光的粒子性 黑体辐射的特性能量子 普朗克假说 h 光电效应 光现象电现象 实质 电子光电子 实验规律 转化 吸收光子 光子说 h 爱因斯坦光电效应方程 h mv2 w解释光电效应 返回 自我检测区 1 2 3 4 1 2 3 4 1 下列关于光子说对光电效应的解释正确的是 a 金属表面的一个电子只能吸收一个光子b 电子吸收光子后一定能从金属表面逸出 成为光电子c 金属表面的一个电子吸收若干个光子 积累了足够的能量才能从金属表面逸出d 无论光子能量大小如何 电子吸收光子并积累了能量后 总能逸出成为光电子 1 2 3 4 解析根据光电效应规律可知 金属中的一个电子只能吸收一份光子的能量 一个光子的能量也只能交给一个电子 电子吸收一个光子的能量后 动能立即增大 不需要积累能量的过程 不存在一个电子吸收若干光子的现象 且只有当入射光的能量不低于该金属电子的逸出功时 才能发生光电效应 即入射光频率不低于金属的极限频率时才能发生光电效应 答案a 2 如图7所示是光电效应中光电子的最大初动能ekm与入射光频率 的关系图像 从图中可知 a ekm与 成正比b 入射光频率必须大于或等于极限频率 0时 才能产生光电效应c 对同一种金属而言 ekm仅与 有关d ekm与入射光强度成正比 图7 解析由ekm h w知b c正确 a d错误 1 2 3 4 bc 1 2 3 4 3 用同一束单色光 在同一条件下先后照射锌片和银片 都能产生光电效应 在这两个过程中 对于下列四个量 一定相同的是 可能相同的是 一定不同的是 a 光子的能量b 光电子的逸出功c 光电子的动能d 光电子的初动能 1 2 3 4 解析光子的能量由光的频率决定 同一束单色光频率相同 因而光子能量相同 逸出功等于电子脱离原子核束缚需要做的最少的功 因此只由材料决定 锌片和银片的光电效应中 光电子的逸出功一定不相同 由ek h w 照射光子能量h 相同 逸出功w不同 则电子最大初动能也不同 由于光电子吸收光子后到达 1 2 3 4 金属表面的路径不同 途中损失的能量也不同 因而脱离金属时的动能可能分布在零到最大初动能之间 所以 光电子的动能或初动能是可能相等的 答案acdb 1 2 3 4 4 神光 装置是我国规模最大的高功率固体激光系统 利用它可获得能量为