1、学案2光电效应与光的量子说 目标定位1.了解光电效应和光电效应的实验规律，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其意义，并会用来解决简单的问题.3.了解康普顿效应及其意义，了解光子的动量一、光电效应现象 问题设计如图1所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯发射紫外线)图1(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象为_，说明_.(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象为_，说明_.(3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象为_，说明_答案(1)验电器偏角张开锌板带电了，弧光灯发
2、出的紫外线照射到锌板上，在锌板表面发射出光电子，从而使锌板带上了正电(2)指针偏角明显减小锌板产生光电效应是光中紫外线照射的结果而不是可见光(3)观察不到指针的偏转可见光不能使锌板发生光电效应要点提炼1光电效应：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，这种现象称为光电效应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二、光电效应的规律问题设计如图2所示，图2阴极K和阳极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(1)加在光电管两极间电压为零时，用紫光照射阴极，回路中有电流吗
3、？改变入射光强度，光电流大小如何变化？(2)保持入射光的强度不变，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？(3)在紫光照射下，加上反向电压，直至电流为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？(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最大初动能与什么有关？答案(1)有光越强，光电流越大(2)紫光、蓝光、绿光照射下有光电流，红光则没有说明入射光的频率低于某一极限频率时将不能产生光电效应(3)用紫光照射，不管光强如何，遏止电压相同；由紫光换成蓝光和绿光，遏止电压减小说
4、明遏止电压随入射光频率的减小而减小(4)根据动能定理eUEkm，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要点提炼1光电效应的四条规律(1)极限频率(也叫截止频率)的存在：入射光的频率必须大于0，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入射光频率的增加而增加，而与入射光强度无关(3)当产生光电效应时，光电流大小随入射光强度的增大而增大(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109_s.2两个决定关系(1)入射光频率决定着能否发生光电效应和光电子的最大初动能；(2)入射光强度决定着单位时间内发射的光子数三、光量子概念的提出
5、光电效应方程1光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频率为的光子的能量为 h.2光电效应方程(1)表达式：hmv2W或mv2hW.(2)对光电效应方程的理解逸出功的存在：金属内的电子吸收了一个光子的能量h后，一部分消耗于电子由金属内逸出表面时所需做的功W，叫逸出功；另一部分转化为光电子动能mv2.光电效应方程说明了产生光电效应的条件若有光电子逸出，则光电子的最大初动能必须大于零，即EkhW0，亦即hW，0，而0恰好是光电效应的截止频率3Ek曲线如图3所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率的变化曲线这里，横轴上的截距是截止频率(或极限频率)；纵轴上的截距是逸出功的
6、负值；斜率为普朗克常量图3一、光电效应的现象分析例1如图4所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是()图4A用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B用红光照射锌板，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)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项A、D正确红光不能使锌板发生光电效应答案AD二、光电效应的实验规律例2入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的
7、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解析发生光电效应几乎是瞬时的，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，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误入射光子的数目减少，逸出的光电子数目也就减少，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错误答案C图5针对训练利用光电管研究光电效应实验如图5所示
8、，用频率为的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()A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的截止频率，所以用红光照射时，也可能发生光电效应，所以选项B错误即使UAK0，电流表中也可能有电流通过，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
9、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正确三、光电效应方程及其应用图6例3如图6所示，当开关K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零由此可知阴极材料的逸出功为()A1.9 eV B0.6 eVC2.5 eV D3.1 eV解析由题意知光电子的最大初动能为EkeUc0.60 eV所以根据光电效应方程EkhW可得WhEk(2.50.60) eV1
10、.9 eV答案A能量量子化,光的粒子性1(光电效应现象)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(光电效应方程的应用)如图7所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率的关系图像，由图像可知()图7A该金属的逸出功等于EB该金属的逸出功等于h0C入射光的频率为0时，产生的光电子的最大初动能为ED入射光的频率为20时，产生的光电子的最大初动能为2E答案AB解析题中图像反映了光电子的最大初动
11、能Ek与入射光频率的关系，根据爱因斯坦光电效应方程EkhW知，当入射光的频率恰为该金属的截止频率0时，光电子的最大初动能Ek0，此时有h0W，即该金属的逸出功为E，故选项A、B正确，选项C、D错误3(光电效应方程的应用)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实光电效应实验装置示意如图8所示用频率为的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应换用同样频率的强激光照射阴极K，则发生了光电效应
12、；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使光电子减速的电场逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量)()图8AU BUCU2hW DU答案B解析由题意知，一个电子吸收一个光子不能发生光电效应，换用同样频率为的强激光照射，则发生光电效应，即吸收的光子能量为nh，n2,3,4，.则由光电效应方程可知：nhWmv2(n2,3,4，)在减速电场中由动能定理得eU0mv2联立得：U(n2,3,4，)，选项B正确题组一光电效应现象及规律的理解1对于任何一种金属，能发生光电效应的条
13、件是()A入射光的强度大于某一极限强度B入射光的波长大于某一极限波长C入射光照射时间大于某一极限时间D入射光的频率不低于某一极限频率答案D2在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A增大入射光的强度，光电流增大B减小入射光的强度，光电效应现象消失C改用频率小于的光照射，一定不发生光电效应D改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大答案AD解析增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于入射光的频率，而与入射光的强度无关，故选项B错误用频率为的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照
14、射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hWmv2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确3如图1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单色光照射光电管时不发生光电效应，则()图1AA光的强度大于B光的强度BB光的频率大于A光的频率C用A光照射光电管时流过电流表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C解析根据产生光电效应的条件可知选项A、B均错误；电流的方向与正电荷的移动方向相同，与负电荷移动的方向相反，故选项C正确，D错误4某金属的逸
15、出功为2.3 eV，这意味着()A这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离表面B这种金属表层的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离表面C要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量可以小于2.3 eVD这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3 eV答案B解析逸出功指原子的最外层电子脱离原子核克服引力做的功，选B.图25研究光电效应的电路如图2所示用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中，正确的是()答案C解析用频率相同的光
16、照射同一金属时，发射出的光电子的最大初动能相同，所以遏止电压相同；饱和电流与光的强度有关，光的强度越大，饱和电流越大，故选项C正确题组二光电效应方程及应用6在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应现象对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是()A单位时间逸出的光电子数B遏止电压C逸出功D光电子的最大初动能答案BCD7已知能使某金属产生光电效应的极限频率为0，则()A当用频率为20的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B当用频率为20的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为h0C当入射光的频率大于0时，若增大，则逸出功增大D当入射光的频率大于0时，
17、若增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍答案AB解析因入射光的频率大于极限频率时会产生光电效应，所以A正确；因为金属的极限频率为0，所以逸出功Wh0，再由EkhW得，Ek2h0h0h0，B正确；因为逸出功是光电子恰好逸出时需要做的功，对于同种金属是恒定的，故C错误；由EkhWhh0h(0)可得，当增大一倍时：2，故D错误题组三综合应用8在光电效应实验中，某金属的截止频率对应的波长为0，则该金属的逸出功为_若用波长为(0)的单色光做该实验，则其遏止电压为_已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.答案9分别用和的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为13.以h表示
18、普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？答案解析设此金属的逸出功为W，根据光电效应方程得如下两式：当用波长为的光照射时：Ek1W当用波长为的光照射时：Ek2W又解组成的方程组得：W.10铝的逸出功为4.2 eV，现用波长为200 nm的光照射铝的表面已知h6.631034 Js，求：(计算结果在小数点后保留三位有效数字)(1)光电子的最大初动能；(2)遏止电压；(3)铝的截止频率答案(1)3.2251019 J(2)2.016 V(3)1.0141015 Hz解析(1)根据光电效应方程EkhW有EkW J4.21.61019 J3.2251019 J(2)由EkeUc可得Uc V2.016 V.(3)由h0W知0 Hz1.0141015 Hz.
