光电效应+高二下学期物理教科版选择性必修第三册

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光电效应Highschoolphysics第六章

波粒二象性理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题02重难点知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律01重点从19世纪初开始，托马斯·杨、菲涅耳、马吕斯等分别观察到了光的干涉、衍射和偏振现象，证实了光的波动性。19世纪60年代和80年代，麦克斯韦和赫兹先后从理论上和实验上确认了光的电磁波本质。当人们认为光的波动理论已臻完美的时候，新的实验现象又向物理学界提出了挑战。电磁波光电效应1如图所示，把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开，用紫外线灯照射锌板。指针张角变小。(1)观察到验电器指针如何变化？(2)这个现象说明什么？说明紫外线会让电子从锌板表面逸出。光电效应1定义当光照射在金属表面上时，金属中的电子会因吸收光的能量而逸出金属表面。2逸出来的电子称为光电子1.如图是研究光电效应的电路图。答案说明发生了光电效应现象。(1)闭合开关后，当电压表的示数为0时，电流表的示数不是0，说明了什么？(2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，电压表、电流表示数如何变化？说明了什么？答案电压表、电流表的示数均增大，当电流增大到一定值后，滑动变阻器的滑片再向右移动，电流也不再增大。说明存在饱和光电流。(3)若将电源的正负极对调，即在A、K间接反向电压，移动滑动变阻器滑片，使电流表示数减为0时的电压UKA称为截止电压。此时滑动变阻器的滑片向右移动时，又会观察到什么现象？答案电压表示数增大，电流表示数减小，最后电流表的示数可能减小到0。说明存在截止电压。2.(来自教材)用一束红光照射在某种金属上不产生光电效应，如果用两倍强度的红光照射在该金属表面上，并经过相当长时间，能否产生光电效应？为什么？答案当入射光的频率大于金属的截止频率时，才会发生光电效应，红光不能发生光电效应，说明红光的频率小于金属的截止频率，故使用两倍强度的红光照射该金属表面，经过相当长的时间，仍不会产生光电效应现象。光电效应的实验规律1截止频率(1)定义：对于给定的阴极材料，都存在一个发生光电效应所需的入射光的最小频率ν0。(2)发生光电效应的条件：只有超过截止频率的光，才能引起光电效应。(3)不同金属材料的截止频率不同。光电效应的实验规律2饱和电流(1)定义：在发生光电效应时，如果外加电压UAK从零开始逐渐增大，则光电流随之增大，但当UAK增大至一定值时，光电流达到最大。此时的光电流称为饱和光电流。(2)饱和电流的决定因素：在入射光的频率保持不变的条件下，光的强度越大，饱和光电流越大。光电效应的实验规律3光电子的最大初动能只与光的频率有关光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，它与照射到阴极上的光的强度无关。4光电效应具有瞬时性只要光的频率大于截止频率，即使用极弱的入射光，光电子也能立刻(约10-9s)发射出来。1.如图所示，在演示光电效应的实验中，将一带电锌板与灵敏验电器相连，验电器指针张开。用弧光灯发出的紫外线照射锌板后，观察到验电器的指针张角减小，下列说法中正确的是A.锌板原来带正电B.若仅减弱照射光的强度，仍能观察到指针张角减小C.若用可见光照射锌板，也一定能观察到指针张角减小D.无论用什么光照射，只要时间够长，锌板都能发生光电效应√紫外线照射锌板后，观察到验电器的指针张角减小，说明锌板表面有光电子逸出，发生了光电效应，由此可得锌板原来带负电，故A错误；若仅减弱照射光的强度，逸出电子数会减少，但依然可以发生光电效应，则仍能观察到指针张角减小，故B正确；可见光频率小于紫外线频率，则用可见光照射锌板不一定会发生光电效应，则指针张角不一定发生变化，故C错误；当照射光的频率小于锌板的截止频率时，无论照射多久，都不会发生光电效应，故D错误。2.我们用如图所示的电路研究光电效应时，当开关闭合后，以下操作可能使微安表示数增大的有A.把滑动变阻器滑动头向右滑动B.把滑动变阻器滑动头向左滑动C.入射光颜色不变，强度减小D.更换电源的正负极√把滑动变阻器滑动头向右滑动，光电管两端的正向电压增大，可能使微安表示数增大；把滑动变阻器滑动头向左滑动，光电管两端的正向电压减小，可能使微安表示数减小，故A正确，B错误；入射光颜色不变，强度减小，则单位时间内产生的光电子数减少，光电流减小，故C错误；更换电源的正负极，光电管两端由正向电压变为反向电压，微安表示数减小，故D错误。光的波动说在解释光电效应时的困难1无法解释光电效应的瞬时性光电子的产生需要积累能量的过程，光越弱积累能量的时间越长，光电子不可能瞬间产生。2无法解释截止频率的存在只要光照足够长，总能让金属中的电子吸收到足够的能量，从金属表面逸出，与入射光频率无关。3无法解释光电子的最大初动能问题电子接收的能量越多，逸出的电子的最大初动能也越大。光量子概念的提出

光电效应方程2光量子爱因斯坦光本身就是不连续的，而是由单个的能量子组成的，这些能量子称为光量子，简称光子。光子能量

ε＝hν普朗克常量光的频率逸出功W：电子由金属内逸出表面时所需做的功。即光电子逸出金属表面所需的最小能量。不同种类的金属，其逸出功的大小不相同。爱因斯坦的光电效应方程光电子Ek光子hν

吸收一个光子的能量hν光电子的动能消耗的逸出功光电效应方程对实验现象的解释1截止频率与逸出功当最大初动能等于零时，金属表面不再有光电子逸出。即：

hν0＝

W

几种金属的截止频率和逸出功光电效应方程对实验现象的解释2光强与饱和频率当入射光的频率不变，而光的强度增加时，单位时间内照射到阴极上的光子数增多，因而饱和光电流增大。3瞬时性光照射到金属上时，光子的全部能量立刻被金属中的电子吸收，不需要积累能量的时间，光电效应发生的时间极短，光电流几乎是瞬时产生的。1.分别用黄光和蓝光照射某金属发生光电效应时，逸出金属表面的光电子最大初动能相同吗？为什么？答案不相同。蓝光的频率大于黄光的频率，根据Ekm＝hν－W可知，蓝光照射时产生的光电子的最大初动能较大。2.爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是截止电压UKA，怎样得到UKA与ν、W的关系？

(1)“光子”就是“光电子”的简称。(

)(2)逸出功的大小与入射光无关。(

)(3)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(

)(4)光电子的最大初动能与入射光的强度成正比。(

)(5)逸出功与截止频率成正比。(

)√×××√3.(来自教材)一光电管的阴极用逸出功W=2.25eV的钾制成，把此光电管接入电路，如图所示，现用频率ν=1.0×1015Hz的紫外线射向阴极，求：(1)光电子的最大初动能是多少？(2)若要电流表G示数为零，光电管两极要加怎样的电压？答案

(1)3.03×10-19

J

(2)不小于1.89V

(3)0(3)若保持(2)问中的电压不变，而入射光的强度增加为原来的2倍，此时电流表示数又是多少？(1)根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能为Ekm=hν-W=6.63×10-34×1×1015J-2.25×1.6×10-19

J=3.03×10-19

J

(3)因为照射光的频率不变，照射光强度的增加只会增加阴极K发射的光电子数，而不会增加光电子的初动能。又由于电势差U不变，故电流表示数仍为0。(2024·泸州市检测)诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了感光半导体电荷耦合器件(CCD)图像传感器，他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理，如图所示的电路可研究光电效应规律，图中标有A和K的为光电管，其中A为阳极，K为阴极，理想电流计μA可检测通过光电管的电流，理想电压表V用来指示光电管两端的电压。现接通电源，用光子能量为10.5eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的示数逐渐减小，当滑片P滑至某一位置时，电流计的示数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0V，现保持滑片P位置不变，以下判断正确的是A.光电管阴极材料的逸出功为6.0eVB.若仅增大入射光的强度，则光电子的最大初动能变大C.若用光子能量为9.0eV的光照射阴极K，同时把滑片P向左移动少许，电流计的示

数一定不为零D.若用光子能量为13.0eV的光照射阴极K，光电子的最大初动能为8.5eV√由题图可知，图中所加电压为反向减速电压，根据题意可知遏止电压为6V，由Ek=hν-W0=eUc，解得W0=4.5eV,A错误；增大入射光的强度，不会改变光电子的最大初动能，B错误；若用光子能量为9.0eV的光照射阴极K，则遏止电压为4.5V，滑片P向左移动少许，电流计的示数可能仍为零，C错误；若用光子能量为13.0eV的光照射阴极K,光电子的最大初动能Ek'=13.0eV-4.5eV=8.5eV，D正确。(1)两条线索：(2)两个关系：光越强→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光的频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。光电效应规律中的两条线索、两个关系(1)爱因斯坦光电效应方程