新教材人教版高中物理选择性必修第三册 4.2光电效应 教学课件

1、第四章 原子结构和波粒二象性4.2 光电效应1.了解光电效应及其实验规律,以及光电效应与电磁理论的矛盾。2.知道爱因斯坦光电效应方程及应用。3.了解康普顿效应及其意义,了解光子的动量。4.理解光的波粒二象性及其对立统一的关系,会用光的波粒二象性分析有关现象。学习目标 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，观察验电器指针的变化。 这个现象说明了什么问题？新课导入一、光电效应的实验规律1、研究光电效应的电路图阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极。K在受到光照时能够发射光电子阳极A吸收阴极K发出的光电子，形成光电流，光电流越大，说明光电效应越强。左图中

2、所加的电压为正向电压，即A极的电势高于K极的电势。光电子从阴极K逸出后，在AK之间被电场加速。阴极K与阳极A之间电压U的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。窗口I新课讲解1、存在饱和电流在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。这说明，在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的，电压增加到一定值时，所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。这说明，对于一定频率（颜色）的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。3、存在截止频率（红限）：vc跟材料有关 大量实验表明：入射光的频

3、率必须高于某一极限频率才能发生光电效应。4、光电效应具有瞬时性 实验发现：无论入射光多弱，都会在照射到金属时立即产生光电子，精确测量表明这个时间W0产生光电效应hv02、光的散射经典解释 入射的电磁波引起物质内部带电微粒的受迫振动，振动着的带电微粒进而再次产生电磁波，并向四周辐射，这就是散射波。散射的X射线频率应该等于带电粒子受迫振动的频率，也就是入射X射线的频率。相应地，X射线的波长也不会在散射中发生变化。3、光子模型解释康普顿效应 光子不仅具有能量，而且具有动量，光子的动量p与光的波长和普朗克常量h有关：波长变长的解释：P 五、光的波粒二象性1、人类对光的认识过程牛顿光的微粒说光是实物粒子

4、惠更斯和托马斯杨的光的波动说光是振动形式在媒质的传播波到麦克斯韦的光的电磁理论光是电磁波爱因斯坦的光子理论光是能量子即光子干涉衍射表明光是一种波表明光是一种粒子光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。2、光的波动性和光的粒子性光电效应康普顿散射3、光的粒子性和波动性是相对的波粒二象性传播的过程中，表现出波动性波长较长时，表现出波动性波长较短时，表现出粒子性与物体相互作用时，表现出粒子性 光的粒子性和波动性是在不同条件下的表现光电效应方程：EK=hv-W0 密立根验证光电效应方程：3、爱因斯坦的光电效应理论光本身就是由一个个不可分割能量子组成的。每一份称为光量子。E = h5、光的波粒

5、二象性1.光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。2.传播的过程中，表现出波动性；与物体相互作用时，表现出粒子性。3.波长较长时，表现出波动性；波长较短时，表现出粒子性。4、康普顿效应和光子动量 康普顿效应：在散射的X射线中，除了与人射波长0相同的成分外，还有波长大于0的成分。光子【例题1】在演示光电效应实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针张开一个角度，如图所示，下列说法正确的是（ ）A.验电器的指针带正电B.若仅增大紫外线的频率，则锌板的逸出功增大C.若仅增大紫外线灯照射的强度，则单位时间内产生的光电子数减少D.若仅减小紫外线灯照射的强度

6、，则可能不发生光电效应A典例分析解析： 锌板原来不带电，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针发生了偏转，说明锌板在紫外线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，验电器的指针也带正电，故A正确；金属的逸出功与金属本身的材料有关，与外界光的频率无关，故B错误；增大紫外线灯照射的强度，即单位时间内照在梓板上的光子数增多，所以单位时间内产生的光电子数增多，故C错误；能否发生光电效应与光照强度无关，取决于入射光的频率和金属截止频率之间的关系，故D错误。【例题2】图甲是光电效应的实验装置，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系。根据乙图中的曲线，可知（）A.在

7、光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大B.对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定C.遏止电压越大，说明从该金属中逃出来的光电子的最大初动能越大D. 只要增大电压，光电流就会一直增大AC解析：由乙图中黄光的曲线可知，入射光越强，饱和电流越大，A正确；由乙图中黄光的曲线可知，遏止电压与光的强弱无关，比较黄光和蓝光，因为蓝光的频率大于黄光的频率， 而图中蓝光的遏止电压大于黄光的遏止电压，故B正确；根据Ekm=eUc可知，遏止电压越大，说明从该金属中逃出来的光电子的最大初动能越大，故C正确；增大电压，当电压增大到一定值，电流达到饱和电流，不再增大，故D错误。【例题3】用如图所示的

8、装置研究光电效应现象，当用某种频率的光照射到光电管上时，电流表 的读数为I。则（ ）A.将开关S断开，也会有电流流过电流表B.将变阻器的触点c向a移动，光电子到达阳极时的速度必将变小C.如果减小入射光的光强，光电管中可能不会有光电子产生D.如果将电池极性反转，光电管中可能不会有光电子产生A解析：开关S断开，由于仍能发生光电效应，光电子仍能到达阳极，故也会有电流流过电流表，故A正确；将变阻器的触点c向a移动，所加正向电压增大，则光电子到达阳极时的速度必将变大，故B错误；只要光的频率不变，就能发生光电效应，即光电管中有光电子产生，故C错误；将电池极性反转，光电管中仍然有光电子产生，只是电流表读数可

9、能为零，故D错误。【例题4】三束单色光1、2和3的波长分别为1、2和3(123).分别用这三束光照射同一种金属.已知用光束2照射时，恰能产生光电子.下列说法正确的是（ ）A.用光束1照射时，不能产生光电子B.用光束3照射时，不能产生光电子C.用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多D.用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大AC解析：由于用光束2照射时，恰能产生光电子，因此用光束1照射时，不能产生光电子，而用光束3照射时，一定能产生光电子，故A正确，B错误；用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多，而由光电效应方程EkhW0可知，光电子的最大初动能与光的

10、强弱无关，故C正确，D错误。【例题5】如图所示是光电效应实验部分示意图。当用光子能量为h3.1 eV的光照射其金属制成的极板K时，产生光电流。若K的电势高于A的电势，且电势差为0.9 V，此时光电流刚好截止。那么，当A的电势高于K的电势，且电势差也为0.9 V时，光电子到达A极时的最大动能是多大？此金属的逸出功是多大？解析：设光电子逸出时最大初动能为Ek，到达A极的最大动能为Ek当A、K间所加反向电压为0.9 V时，由动能定理有eUEk 得Ek0.9 eV当A、K间所加正向电压为0.9 V时，由动能定理有eUEkEk 得Ek1.8 eV由光电效应方程有EkhW0得W02.2 eV.【例题6】美

11、国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X光光子的运动方向也会发生相应的改变。下列说法正确的是（ ）A.当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光子散射后频率变大B.康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量C.X光散射后与散射前相比，速度变小D.散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变B解析：在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，则光子动量减小，但速度仍为光速C。【例题7】(多选)下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是（ ）A.有的光是波，有的光是粒子B

12、.光子与电子是同样的一种粒子C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D.康普顿效应表明光具有粒子性CD解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些现象(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些现象(如光电效应、康普顿效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子，A错误；电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子，B错误；光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，C正确；康普顿效应表明光具有粒子性，D正确。1、不带电的锌板和验电器用导线相

13、连.若用甲灯照射锌板，验电器的金属箔片不张开；若用乙灯照射锌板，验电器的金属箔片张开，如图所示，则与甲灯相比，乙灯发出的光（ ）A.频率更高B.波长更大C.光强更强D.速度更大解析：由题图可知，甲灯没有使锌板产生光电效应，但乙灯使锌板发生了光电效应，故乙灯发出的光频率更高，波长更短，光电效应发生与否与光强无关，同种介质中光的传播速度相同，故A正确，B、C、D错误.A当堂小练2、对光电效应现象的理解，下列说法正确的是（ ）A.当某种单色光照射金属表面时，能产生光电效应，如果入射光的强度减弱，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.若发生了光电效应且入射光的频率一定时，光强越强

14、，单位时间内逸出的光电子数就越多C.无论光强多强，只要光的频率小于截止频率就能产生光电效应D.以上说法都不正确B解析：光电效应具有瞬时性，从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔与光的照射强度无关，故A错误；在发生光电效应的情况下，频率一定的入射光的强度越强，单位时间内发出光电子的数目越多，故B正确，D错误；每种金属都有它的截止频率c，只有入射光子的频率大于等于截止频率c时，才会发生光电效应，故C错误.3、用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.281019 J.已知普朗克常量为6.631034 Js，真空中的光速为3.00108 ms1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（ ）A.11014 Hz B.81014 HzC.21015 Hz D.81015 HzB解析：设单色光的最低频率为0，由EkhW0知2、(多选)在光电效应实验中，分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克