1、第一节光电效应学习目标1.了解光电效应，掌握光电效应的实验规律.2.知道光电流与光的强度和光的频率之间的关系.3.理解极限频率和遏止电压的概念.一、光电效应与光电流导学探究光电流的产生是光照射的结果.如图1所示是用来探究光电流的大小与入射光强度和频率关系的实验装置图.光源强度可以通过改变光罩上出射孔的数目或大小来改变，光的频率可以用不同的滤色片来改变.图1(1)在频率不变(保持蓝光不变)的情况下，改变入射光的强度，光电流的大小如何变化？(2)将光的强度保持不变，更换滤色片以改变入射光的频率(以蓝光、绿光、红光为例)，光电流有什么变化？这说明什么问题？答案(1)随着光强的增加，光电流逐渐变大.(
2、2)蓝光和绿光照射时都有光电流产生，而红光照射时没有，即使增强红光的强度依然没有光电流.这说明对于某种金属只有光的频率足够大，才能发生光电效应.如小于某个频率值，光再强也不能发生光电效应.知识梳理1.光电效应(1)光电效应金属在光的照射下发射电子的现象.(2)光电子：光电效应中发射出来的电子.(3)光电流：光电管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.2.光电流及变化(1)光电管是利用光电效应制成的一种常见的光电器件，它可以把光信号转变成电信号.光电管主要是由密封在玻璃壳内的阴极和阳极组成，阴极表面敷有束缚电子能力较弱的碱金属.(2)在正向电压一定的情况下，光电流的变化与入
3、射光的强度有关，与入射光的频率无关，光源强度可以使光电管阴极单位时间内发射的光电子数目变化.3.极限频率对于每一种金属，只有当入射光频率大于某一频率0时，才会产生光电流.我们将0称为极限频率，其对应的波长称为极限波长.即学即用判断下列说法的正误.(1)只要光足够强，任何频率的光都可以使金属发生光电效应.()(2)能否发生光电效应，取决于入射光的频率，与光的强度无关.()(3)发生光电效应时，单位时间内发出的光电子数越多，光电流越强.()二、遏止电压导学探究(1)如图2所示是测量遏止电压的示意图，利用它可测量光电子的最大初动能.图2光电管两极加的是什么电压？有何作用？当反向电压增大时，光电流怎么
4、变？怎样求得光电子的最大初动能？(2)在图中，利用蓝光照射，加反向电压，逐渐增大电压，直至光电流恰好为零，记录遏止电压的值.改变入射光强度，记录的遏止电压的值有什么特点？(3)维持光源强度不变，改变入射光的频率.先采用蓝光作为入射光，记录遏止电压值；再换绿光作为入射光，记录遏止电压值.有什么现象？(4)综合上面的分析，关于光电子的最大初动能与入射光频率，能得出什么结论？答案(1)反向电压使光电子减速减小当光电流恰好为零，所加的反向电压为U0时，有eU0mv成立.eU0等于光电子的最大初动能.(2)不变.(3)绿光作为入射光时遏止电压较小.(4)遏止电压只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关
5、.而遏止电压对应光电子的最大初动能，也就是说其最大初动能也只与入射光的频率有关.知识梳理遏止电压1.定义：在强度和频率一定的光照射下，回路中的光电流会随着反向电压的增加而减小，并且当反向电压达到某一数值时，光电流将会减小到零，这时的电压称为遏止电压，用符号U0表示，光电子到达阳极要克服反向电场力做的功WeU0.光电子最大初动能mveU0.2.光电子的最大初动能只与入射光的频率有关.即学即用判断下列说法的正误.(1)遏止电压是反向电压，其作用是阻碍电子的运动.()(2)光电管加反向电压时，电压越小，光电流也越小.()(3)遏止电压与入射光的强度有关，与入射光的频率无关.()一、光电效应现象1.光
6、电效应的实质：光现象电现象.2.光电效应中的光包括不可见光和可见光.3.光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子.例1一验电器与锌板相连(如图3所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角.图3(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将_(填“增大”“减小”或“不变”).(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转.那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针_(填“有”或“无”)偏转.答案(1)减小(2)无解析(1)当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的
7、验电器也带上了正电，故指针发生了偏转.当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小.(2)使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外线比黄光的频率还要低，更不可能使锌板发生光电效应.能否发生光电效应与入射光的强弱无关.针对训练1如图4所示为光电管电路的示意图，在光电管电路中，下列说法错误的是()图4A.能够把光信号转变为电信号B.电路中的电流是由光电子的运动形成的C.光照射到光电管的A极发生光电子并飞向K极D.光照射到光电管的K极发生光电子并飞向A极答案C解析在光电管中，当光照射到阴极K时，将发
8、射出光电子，被A极的正向电压吸引而奔向A极，形成光电流，使电路导通，照射光的强度越大，产生的光电流越大，这样就把光信号转变为电信号，实现光电转换.二、光电效应的实验规律1.每种金属都有一定的极限频率，当入射光的频率低于极限频率时，不管入射光的强度多大、照射时间多长都不会产生光电子，一旦入射光的频率超过极限频率，则不管光有多么弱都会发生光电效应，发出光电子.2.在发生光电效应的条件下，光电流的大小或单位时间内逸出的光电子数目由光的强度决定.3.光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关.遏止电压随入射光频率的增大而增大，与光强无关.4.随着反向电压的增大，光电流逐渐减小，说明金属
9、中逸出的光电子的初动能是不同的，而光电子的最大初动能与遏止电压是对应的.5.光电效应几乎是瞬时的，发生时间一般不超过109s.例2利用光电管研究光电效应实验如图5所示，用频率为的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()图5A.用紫外线照射，电流表不一定有电流通过B.用红光照射，电流表一定无电流通过C.用频率为的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过D.用频率为的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变答案D解析因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A错误；因不知阴极K的极限频率，所以用红光
10、照射时，不一定发生光电效应，所以选项B错误；即使UAK0，电流表中也有电流，所以选项C错误；当滑动触头向B端滑动时，UAK增大，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极A时，电流达到最大，即饱和电流.若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大UAK，光电流也不会增大，所以选项D正确.针对训练2入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么()A.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.逸出的光电子的最大初动能将减小C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D.有可能不发生光电效应答案C解析发生光电效应几乎是瞬时
11、的，选项A错误；入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少，频率不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误；光电流随入射光强度的减小而减小，逸出的光电子数目也随入射光强度的减小而减少，故选项C正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D错误.三、经典电磁理论解释的局限性在光的照射下，物体内部的电子受到电磁波的作用做受迫振动.经典电磁理论的结论实验事实成功解释的现象光越强，电磁波的振幅越大，对电子的作用越强，电子振动越厉害，电子越容易从物体内部逃逸出来光越强，光电流就越大矛盾之一无论入射光
12、频率多大，只要光足够强，电子就能获得足够的能量逸出金属表面每一种金属都对应有一个不同的极限频率，当入射光频率低于极限频率时，无论光的强度多大，照射时间多长都不会发生光电效应矛盾之二出射电子的动能应该由入射光的能量即光强决定光电子的最大初动能与入射光的强度无关，与入射光的频率有关矛盾之三光的强度足够大，电子就能获得足够的能量，电子就能逸出金属表面，电子能量增加应该有一个积累过程，电子才能逸出金属表面若能发生光电效应，即使光很弱，也是瞬间发生的例3在光电效应的规律中，经典电磁理论能解释的有()A.入射光的频率必须大于被照射金属的极限频率时才能发生光电效应B.光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随
13、入射光频率的增大而增大C.入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过109sD.当入射光频率大于极限频率时，光电子数目随入射光强度的增大而增多答案D1.(光电效应现象的认识)当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时()A.锌板带负电B.有正离子从锌板逸出C.有电子从锌板逸出D.锌板会吸附空气中的正离子答案C解析当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C正确，A、B、D错误.2.(光电效应规律)(多选)已知光电管阴极的极限频率为0，如图6所示，现将频率(大于0)的光照射在阴极上()图6A.照射在阴极上的光的强度越大，单位时间内产生的光电子
14、数目也越多B.为了阻止光电子到达阳极A，必须在A、K间加一足够高的反向电压C.加在A、K间的正向电压越大，通过光电管的饱和光电流的值也越大D.光电管的光电流值不因加在A、K间正向电压的增大而增大答案AB解析由0可知，阴极K发生光电效应，由实验结论知A正确；在A、K间加一足够高的反向电压，在电场力的作用下，阴极K上逸出的光电子不能顺利到达阳极A，不能形成光电流，B正确；增大A、K间的正向电压，开始时光电流增大，正向电压增大到某值时，可使从阴极逸出的光电子全部到达阳极，此时电路中的光电流达到最大值，再增大电压，电流不变，C、D错误.3.(光电效应规律的理解)用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效
15、应.现将该单色光的光强减弱，则下列说法中正确的是()光电子的最大初动能不变光电子的最大初动能减小单位时间内产生的光电子数减少可能不发生光电效应A.B.C.D.答案A4.(光电效应规律的理解)某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是()A.延长光照时间B.增大光的强度C.换用波长较短的光照射D.换用频率较低的光照射答案C解析光照射金属时能否产生光电效应，取决于入射光的频率是否大于金属的极限频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A、B、D均错误；又因，所以选项C正确.一、选择题(14题为单选题，58题为多选题)1.在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌
16、板与灵敏静电计相连，用弧光灯(紫外线)照射锌板时，静电计的指针张开一个角度，如图1所示，这时()图1A.锌板带正电，指针带负电B.锌板带负电，指针带正电C.若用黄光照射锌板，则可能不发生光电效应现象D.若用红光照射锌板，则锌板一定能发射光电子答案C2.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是()A.改用频率更小的紫外线照射B.改用频率更大的紫外线照射C.改用强度更大的原紫外线照射D.延长原紫外线的照射时间答案B3.用紫光照射某金属恰可发生光电效应，现改用较弱的太阳光照射该金属，则()A.可能不发生光电效应B.逸出光电子的时间明显变长C.逸出光电子的最大初动能变
17、小D.单位时间逸出光电子的数目变少答案D解析由于太阳光含有紫光，所以照射金属时发生光电效应且逸出光电子的最大初动能不变，又因为光强变弱，所以单位时间逸出光电子的数目变少，A、C错误，D正确；产生光电效应几乎是瞬时的，B错误.4.如图2所示为光电管的原理图，已知有波长为0的光照射到阴极K上时，电路中有光电流，则()图2A.若有波长为(0)的光照到阴极K上，电路中一定没有光电流B.用波长为0的光照射阴极K，保持光电管两极间电压不变，增大该单色光的强度，则光电流增大C.增大电路中电源电压，电路中的光电流一定增大D.减弱波长为0的光的照射强度(不为零)，则电路中的光电流减小，最终会为零答案B5.一束绿
18、光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是()A.若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加B.若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能增加C.若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D.若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加答案AD解析光电效应的规律表明：入射光的频率决定是否发生光电效应以及发生光电效应时逸出的光电子的最大初动能的大小.当入射光的频率增加后，逸出的光电子的最大初动能也增加，又因为紫光的频率高于绿光的频率，而增加光的照射强度，会使单位时间内逸出的光电子数增加，故正确选项为A、D.6.关于光电效应的规律，下列说法中正确的是()A.只有入射光的频率小于某金属的极限
19、频率，光电效应才能发生B.光电子的最大初动能可以通过遏止电压来确定C.发生光电效应的时间一般都大于107sD.发生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的光电子数与入射光的强度成正比答案BD7.如图3所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过.其原因可能是()图3A.入射光太弱B.入射光波长太长C.光照时间太短D.电源正负极接反答案BD8.如图4所示，在研究光电效应的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，则()图4A.A光的频率大于B光的频率B.B光的频率大于A光的频率C.用A光照射光电管时流过电
20、流表G的电流方向是由a流向bD.用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由b流向a答案AC解析根据产生光电效应的条件可知选项A正确，B错误；电流的方向与负电荷定向移动的方向相反，故选项C正确，D错误.二、非选择题9.利用光电管产生光电流的电路如图5所示.电源的正极应该在_(填“a”或“b”)端；若电流表读数为8A，则每秒从光电管阴极发射的光电子至少是_个(已知电子电荷量为1.61019C).图5答案a51013解析由题意知，电路图为利用光电管产生光电流的实验电路图.光电管的阴极为K，光电子从K极发射出来要经高电压加速，所以a端应该接电源正极，b端接电源负极.假定从阴极发射出来的光电子全部到达阳极A，则每秒从光电管阴极发射出来的光电子数目为n个51013个.
