2015高中物理-4.1-4.2-量子概念的诞生-光电效应与光的量子说-课件(教科版选修3-5)

2015高中物理-4.1-4.2-量子(liàngzǐ)概念的诞生-光电效应与光的量子(liàngzǐ)说-课件(教科版选修3-5)第一页，共39页。4.1-4.2量子概念(gàiniàn)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(zhǎngwò)爱因斯坦光电效应方程及其意义.学习目标(mùbiāo)定位第二页，共39页。学习(xuéxí)探究区一、光电效应产生(chǎnshēng)的条件二、光电效应(ɡuānɡdiànxiàoyìng)的规律三、动爱因斯坦光电效应方程第三页，共39页。一、光电效应产生(chǎnshēng)的条件问题(wèntí)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，去掉外表(wàibiǎo)的氧化层，连接在验电器上.图1第四页，共39页。(1)用弧光灯照射(zhàoshè)锌板，看到的现象是______________.答案验电器偏角张开.说明(shuōmíng)锌板带电了.弧光灯发出的紫外线照射到锌板上，在锌板外表发射出光电子，从而使锌板带上了正电.第五页，共39页。(2)假设在弧光灯和金属板之间插入一块(yīkuài)普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象是____________________________________________________________________.答案指针(zhǐzhēn)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.第六页，共39页。(3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出(fāchū)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(zhǐzhēn)的偏转，说明可见光不能使锌板发生光电效应.第七页，共39页。要点(yàodiǎn)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(jīnshǔ)都存在一个极限频率，只有入射光的频率大于该金属(jīnshǔ)的极限频率时光电效应才能发生.转化(zhuǎnhuà)为第八页，共39页。例1如图2所示，用弧光灯照射(zhàoshè)锌板，验电器指针张开一个角度，那么以下说法中正确的选项是()A.用紫外线照射(zhàoshè)锌板，验电器指针会发生偏转B.用红光照射(zhàoshè)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第九页，共39页。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(zhǐzhēn)张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究说明锌板带正电.这说明在紫外线的照射下，锌板中有一局部自由电子从外表飞出来，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返回第十页，共39页。问题(wèntí)设计二、光电效应(ɡuānɡdiànxiàoyìng)的规律如图3所示，阴极K和阳极(yángjí)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第十一页，共39页。(1)加在光电管两极间电压为零时，用紫光照射阴极(yīnjí)，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(dáàn)有.光越强，光电流越大.第十二页，共39页。(2)保持入射光的强度(qiángdù)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，红光那么没有.说明入射光的频率低于某一极限(jíxiàn)频率时将不能产生光电效应.第十三页，共39页。(3)在紫光照射下，加上反向电压，直至电流(diànliú)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(èzhǐ)电压相同；由紫光换成蓝光→绿光，遏止(èzhǐ)电压减小.说明遏止(èzhǐ)电压随入射光频率的减小而减小.第十四页，共39页。(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(shuōmíng)最大初动能与什么有关？答案根据动能定理(dònɡnénɡdìnɡlǐ)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.第十五页，共39页。要点(yàodiǎn)提炼1.光电效应的四条规律(1)极限频率的存在(cúnzài)：入射光的频率必须ν0，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(pínlǜ)无关增大瞬时10－9s第十六页，共39页。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(qiángdù)决定着；(3)饱和光电流决定着.能否(nénɡfǒu)发生光电效应光电子的最大初动能(dòngnéng)单位时间内发射的光子数单位时间内发射的光电子数第十七页，共39页。例2如图4所示，电路中各元件完好，光照射到阴极(yīnjí)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第十八页，共39页。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ν，只有入射光的频率大于截止频率ν0时才有光电子逸出，与入射光的强度(qiángdù)和时间无关，A、C错，B对；第十九页，共39页。光电子能否到达阳极(yángjí)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到达阳极(yángjí)，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第二十页，共39页。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，那么以下说法正确的选项是()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(bōcháng)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第二十一页，共39页。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(ɡuānɡdiànxiàoyìng)现象，因此有光电流，故C错，D对.答案D返回(fǎnhuí)第二十二页，共39页。要点(yàodiǎn)提炼三、爱因斯坦光电效应(ɡuānɡdiànxiàoyìng)方程对光电效应(ɡuānɡdiànxiàoyìng)方程hν＝mv2＋W的理解(1)光电效应(ɡuānɡdiànxiàoyìng)方程实质上是能量守恒方程.能量为ε＝hν的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一局部用来克服金属外表对它的吸引，另一局部就是电子离开金属外表时的动能.如果克服吸引力做功最少为W，那么电子离开金属外表时动能为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝.最大hν－W第二十三页，共39页。(2)光电效应方程包含了产生光电效应的条件.假设发生光电效应，那么(nàme)光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hν－W>0，亦即hν>，ν>＝ν0，而ν0＝恰好是光电效应的截止频率.W第二十四页，共39页。(3)Ekm－ν曲线.如图5所示是光电子最大初动能(dòngnéng)Ekm随入射光频率ν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(jíxiàn)频率逸出功的负值(fùzhí)普朗克常量第二十五页，共39页。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(diànliú)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(diànliú)表读数仍不为零.当电压表读数大于或等于0.6V时，电流(diànliú)表读数为零.由此可知阴极材料的逸出功为()A.1.9eV B.0.6eV C.2.5eV D.3.1eV图6第二十六页，共39页。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(fāngchéng)Ek＝hν－W可得W＝hν－Ek＝－0.6)eV＝1.9eV.答案A返回(fǎnhuí)第二十七页，共39页。课堂(kètáng)要点小结能量(néngliàng)量子化光的粒子性黑体辐射的特性(tèxìng)能量子：普朗克假说ε＝hν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：ε＝hν爱因斯坦光电效应方程hν＝

mv2＋W解释光电效应返回第二十八页，共39页。自我(zìwǒ)检测区1234第二十九页，共39页。12341.以下关于光子说对光电效应的解释正确的选项是()A.金属外表的一个电子只能(zhīnénɡ)吸收一个光子B.电子吸收光子后一定能从金属外表逸出，成为光电子C.金属外表的一个电子吸收假设干个光子，积累了足够的能量才能从金属外表逸出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第三十页，共39页。1234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(néngliàng)，一个光子的能量(néngliàng)也只能交给一个电子.电子吸收一个光子的能量(néngliàng)后，动能立即增大，不需要积累能量(néngliàng)的过程，不存在一个电子吸收假设干光子的现象.且只有当入射光的能量(néngliàng)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第三十一页，共39页。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ν的关系图像.从图中可知()A.Ekm与ν成正比B.入射光频率必须大于或等于极限(jíxiàn)频率ν0时，才能产生光电效应C.对同一种金属而言，Ekm仅与ν有关D.Ekm与入射光强度成正比图7解析由Ekm＝hν－W知B、C正确(zhèngquè)，A、D错误.1234BC第三十二页，共39页。12343.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(chǎnshēng)光电效应，在这两个过程中，对于以下四个量，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.光电子的初动能第三十三页，共39页。1234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(tuōlí