高中物理第1节光电效应第2节光子教案

[学习目标]1.知道什么是光电效应现象.2.知道光电流、极限频率、遏止电压的概念，把握光电效应的试验规律．(重点)3.理解经典电磁理论在解释光电效应时的困难.4.知道普朗克提出的能量量子假说.5.理解爱因斯坦的光子说．(重点、难点)6.会用光电效应方程解释光电效应．(重点、难点)一、光电效应、光电流及其变化1．光电效应：金属在光的照耀下放射电子的现象称为光电效应，放射出来的电子称为光电子．阴极外表涂有碱金属，简洁在光的照耀下放射电子．光电流：阴极发出的光电子被阳极收集，在回路中会形成电流，称为光电流．发生光电效应时，入射光的强度增大，则光电流随之增大．二、极限频率和遏止电压极限频率ν时，0才会产生光电流，ν0

称为极限频率(也叫截止频率)．遏止电压在强度和频率肯定的光照耀下，当反向电压到达某一数值时，光电流将会减小到零，我们把这时的电压称为遏止电压．用符号U表示．0遏止电压与光电子最大初动能的关系1m2

＝eU.2max 0经典电磁理论解释的局限性产生光电子，出射电子的动能也应当由入射光的能量即光强决而且遏止电压与光的频率有关，与光的强度无关．三、能量量子假说与光子假说1．能量量子假说：物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连hν的整数倍，hνν是辐射频率，h称为普朗克常量．2＝6.63×1034光子假说：光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一ε＝hν.(1确定的黑体实际上是不存在的．(2)普朗克利用能量量子化的思想和热力学理论，才完善地解释了黑体辐射谱．四、光电效应方程及其解释1．逸出功：电子能脱离离子的束缚而逸出金属外表时所需做的最小功．用W0

表示．12h＝

＋W.2max 0式中hν表示入射光子的能量，ν为入射光的频率．3ε＝hν必需大于或等于逸W出功Wν≥0.0 h4．遏止电压对应着光电子的最大初动能，它们的关系为eU01＝m2.2max正误推断(正确的打“√”，错误的打“×”)光电子是光照耀下放射出来的电子，因此光电子仍旧是电子． (√)入射光的频率较高时，会发生光电效应现象，光电流随着光照强度的增加而增大． (√)遏止电压与入射光的强弱无关，与入射光的频率有关．(4)同一频率的光照耀不同的金属外表，光电子的最大初动能可能一样．(5W0

(×)肯定的状况下，出射光电子的最大初动能只与入射光频率有关，与光的强弱无关．(√)2．以下描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射试验规律的是( )A BC DA辐射的电磁波的波长越短，A3．用一束紫外线照耀某金属时没有产生光电效应，以下措施中可能产生光电效应的是( )A．换用强度更大的紫外线照耀B．换用红外线照耀C．换用极限频率较大的金属D．换用极限波长较大的金属D[发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频A、BC选项错误；依据频率和c波长的关系ν＝λ可知，换用极限波长较大的金属，可以发生光电效应，故D对黑体及黑体辐射的理解黑体实际上是不存在的，只是一种抱负状况，波，经小孔射入空腔，要在腔壁上经过屡次反射，在屡次反射过程黑体不肯定是黑的，只有当自身辐射的可见光格外微弱时来还会很光明，如炼钢炉口上的小孔．一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理．黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐射规律最为简洁，黑体辐射强度只与温度有关．一般物体和黑体的热辐射、反射、吸取的特点低时辐射弱，温度高时辐射强．在肯定温度下，不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同．热辐射特点吸取、反射的特点一般物体料的种类、外表状况有关入射波的波长等因素有关辐射电磁波的强弱按波长的分布只黑体完全吸取各种入射电磁波，不反射热辐射特点吸取、反射的特点一般物体料的种类、外表状况有关入射波的波长等因素有关辐射电磁波的强弱按波长的分布只黑体完全吸取各种入射电磁波，不反射与黑体的温度有关料的种类及其外表状况无关C．假设在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波就成了一个黑体D．黑体是一种抱负化模型，实际物体没有确定黑体BD[黑体不仅吸取电磁波，而且也向外辐射电磁波，A的种类及其外表状况无关，B磁波，因此小孔成了一个黑体，而空腔不是黑体，C体都会反射电磁波，只吸取不反射电磁波的物体实际是不存在的，故黑体是一种抱负化的模型，D1．(多项选择)黑体辐射的试验规律如下图，由图可知( )A．随温度上升，各种波长的辐射强度都增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加C．随温度上升，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动ACD变化都将反过来，故A、C、DB光电效应的试验规律试验装置及电路，如下图几个概念饱和光电流：在光照条件不变时，电流随电压上升而增大到的最大值(I)．m0U)．C截止频率：使某种金属发生光电效应的最小频率．又叫极限频率(ν)．不同金属截止频率不同．c光电效应的试验规律任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必需大于照强度多强，都不会发生光电效应现象．光电子最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．入射光照耀到金属上时，光电效应的发生几乎是瞬时的，10－9s.当入射光的频率高于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比．电磁理论解释光电效应的三个困难由光波的振幅所打算的，跟频率无关．电磁理论光电效应试验结果依据光的波动理论，不管入射光的频率假设光的频率小于金属的极限频率，电磁理论光电效应试验结果依据光的波动理论，不管入射光的频率假设光的频率小于金属的极限频率，1是多少，只要光强足够大，总可以使电子获得足够的能量从而发生光电效应光强越大，电子可获得更多的能量，光电子的最大初动能也应当越大，遏止电2遏止电压与光强无关，与频率有关压也越大．即出射电子的动能应当由入射光的能量即光强来打算光强大时，电子能量积存的时间就短，3光强小时，能量积存的时间就长光电子为ν的可见光照耀阴极K，电流表中有电流通过，则( )1A．用紫外线照耀，电流表中不肯定有电流通过B．用红外线照耀，电流表中肯定无电流通过C．用频率为ν1

的可见光照耀阴极K，当滑动变阻器的滑片移到a端，电流表中肯定无电流通过D．用频率为ν1

的可见光照耀阴极K，当滑动变阻器的滑片向b端滑动时，电流表示数可能不变D时，电流表中肯定有电流通过，A错误．由于不知道阴极K频率，所以用红外线照耀时，不肯定发生光电效应，BU＝0，电流表中也有电流，Cb端滑动时U增大，AK AK阳极AA光电流已经到达饱和电流，那么再增大UAK

，光电流也不会增大，D正确．故正确答案为D.]关于光电效应的三点提示1．发生光电效应时需满足：照耀光的频率大于金属的极限频ν＞ν.0光电子的最大初动能与照耀光的频率及金属有关，而与照耀光的强弱无关，强度大小打算了逸出光电子的数目多少．在肯定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．光电效应试验中，以下表述正确的选项是( )A．光照时间越长光电流越大B．入射光足够强就可以有光电流C．遏止电压与入射光的频率无关D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子D时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照耀光的频率大于极限A、BD确．遏止电压与入射光频率ν有关，即C光电效应方程的理解

光电效应方程的理解及应用光电效应方程Ek

＝hν－W0

中，Ek

为光电子的最大初动能，围内的任何数值．光电效应方程说明，光电子的最大初动能与入射光的频率ν呈线性关系(留意不是正比关系)，与光强无关．光电效应方程包含了产生光电效应的条件，即Ek

＝hν－W WW>0，亦即hW，>＝ν，而ν＝就是金属的极限频率．0 0 h c c h光电效应方程实质上是能量守恒方程．W0

：电子从金属中逸出所需要抑制原子核的束缚而消耗的能量的最小值，叫做金属的逸出功．光电效应中，从金属外表逸出的电子消耗能量最少．光子说对光电效应的解释由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能一电子的能量缺乏以抑制原子的束缚，就不能发生光电效应．当光的频率高于极限频率时，能量传递给电子以后，电子摆脱束缚要消耗一局部能量，剩余的能量以光电子的动能形式存在，这样光电子的最大初动能E

1＝

，其中W

为金属k 2max 0 0的逸出功，可见光的频率越高，电子的最大初动能越大．而遏止电1压UeU＝

W

肯定时，0 0

max 0U只与入射光的频率ν有关，与光照强弱无关．0所以光电效应的发生几乎是瞬时的．发生光电效应时，单位时间内逸出的光电子数与光强度成么逸出的光电子数目也就越多，光电流也就越大．3】紫光在真空中的波长为4.5×10－7m，问：紫光光子的能量是多少？用它照耀极限频率为ν＝4.62×10140

Hz产生光电效应？假设能产生，则光电子的最大初动能为多少？(＝6.63×134J·s)[解析](1)紫光光子的能量cE＝hν＝h＝4.42×10－19J.λc(2)紫光频率＝6.67×114Hzν>ν，所以能产生光电效应．0(3)光电子的最大初动能为km 0＝1.36×10－19J.[答案](1)4.42×10－19J(2)能(3)1.36×10－19J极限频率为ν0

的光照耀金属对应逸出电子的最大初动能为零，逸出功W＝hν.0某种金属的逸出功是肯定值，随入射光频率的增大，光电正比．1：光电效应中的图象问题3．(多项选择)在做光电效应的试验时，某金属被光照耀发生了光Ek

与入射光的频率ν的关系如下图，由试验图线可求出( A．该金属的极限频率和极限波长B．普朗克常量C．该金属的逸出功D．单位时间内逸出的光电子数ABC[依据光电效应方程Ek

＝hν－W0

Ek

ν，即图象中横坐标的截距在数值上等于金属的极限频率．0E图线的斜率k＝

.可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量．

ν－ν0依据图象，假设图线的延长线与Ek

轴的交点为C，其截距大小W为W，有k＝0.0 ν0而k＝h，所以，W＝hν.0 0即图象中纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功．]2：光电效应方程的应用4Kλ＝00.66μmSλ＝0.50μm的绿光照耀阴极，调整两个极板间的0.64μA.求阴极每秒放射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能；2每秒放射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能．[解析](1)当阴极放射的光电子全部到达阳极时，光电流到达电子个数It0.64×10－6×1n＝m＝ 个＝4.0×1012个e 1.6×10－19依据光电效应方程，光电子的最大初动能为k

c c＝h－hλ 0Ek

＝9.6×10－20J.(2)假设照耀光的频率不变，光强加倍，则每秒放射的光电子2得阴极每秒放射的光电子为′＝＝8.0×112个光电子的最大初动能仍旧为E

＝9.6×10－20J.k 0[答案](1)4.0×1012个9.6×10－20J(2)8.0×1012个9.6×10－20J课堂小结1.能够完全吸取入射的各种波物体就是确定黑体，简称黑黑体的温度有关．2．能量子：不行再分的最小能量值ε，ε＝hν.照耀到金属外表的光，能使金属中的电子从外表逸出的现效应方程：.

知识脉络k 04．光电效应现象说明光具有粒子性.关于黑体辐射和能量子的说法中不正确的选项是( )A．黑体辐射随温度的上升，各种波长的辐射强度都增加B．黑体辐射随温度的上升，辐射强度的极大值向波长较长的4．光电效应现象说明光具有粒子性.方向移动C．能量子是最小的能量值D．能量子具有粒子性BA正确，B的，是一份一份的，每一份叫作一个能量子，它是最小的能量值，说明能量子具有粒子性，故C、D2．(多项选择)如下图，用弧光灯照耀锌板，验电器指针张开一个角度，则以下说法中正确的选项是()A．用紫外线照耀锌板，验电器指针会发生偏转B．用红光照耀锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．锌板带的是正电荷AD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，A、DC误．红光不能使锌板发生光电效应，故B错误．]用不同频率的紫外线分别照耀钨板和锌板而产生光电效应，Ek

νEν图k3.28eV