高中物理第1節(jié)光電效應(yīng)第2節(jié)光子教案

[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道什么是光電效應(yīng)現(xiàn)象.2.知道光電流、極限頻率、遏止電壓的概念，把握光電效應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)律．(重點(diǎn))3.理解經(jīng)典電磁理論在解釋光電效應(yīng)時(shí)的困難.4.知道普朗克提出的能量量子假說(shuō).5.理解愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)．(重點(diǎn)、難點(diǎn))6.會(huì)用光電效應(yīng)方程解釋光電效應(yīng)．(重點(diǎn)、難點(diǎn))一、光電效應(yīng)、光電流及其變化1．光電效應(yīng)：金屬在光的照耀下放射電子的現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)，放射出來(lái)的電子稱(chēng)為光電子．陰極外表涂有堿金屬，簡(jiǎn)潔在光的照耀下放射電子．光電流：陰極發(fā)出的光電子被陽(yáng)極收集，在回路中會(huì)形成電流，稱(chēng)為光電流．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光的強(qiáng)度增大，則光電流隨之增大．二、極限頻率和遏止電壓極限頻率ν時(shí)，0才會(huì)產(chǎn)生光電流，ν0

稱(chēng)為極限頻率(也叫截止頻率)．遏止電壓在強(qiáng)度和頻率肯定的光照耀下，當(dāng)反向電壓到達(dá)某一數(shù)值時(shí)，光電流將會(huì)減小到零，我們把這時(shí)的電壓稱(chēng)為遏止電壓．用符號(hào)U表示．0遏止電壓與光電子最大初動(dòng)能的關(guān)系1m2

＝eU.2max 0經(jīng)典電磁理論解釋的局限性產(chǎn)生光電子，出射電子的動(dòng)能也應(yīng)當(dāng)由入射光的能量即光強(qiáng)決而且遏止電壓與光的頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)．三、能量量子假說(shuō)與光子假說(shuō)1．能量量子假說(shuō)：物體熱輻射所發(fā)出的電磁波的能量是不連hν的整數(shù)倍，hνν是輻射頻率，h稱(chēng)為普朗克常量．2＝6.63×1034光子假說(shuō)：光的能量不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一ε＝hν.(1確定的黑體實(shí)際上是不存在的．(2)普朗克利用能量量子化的思想和熱力學(xué)理論，才完善地解釋了黑體輻射譜．四、光電效應(yīng)方程及其解釋1．逸出功：電子能脫離離子的束縛而逸出金屬外表時(shí)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為入射光的頻率．3ε＝hν必需大于或等于逸W出功Wν≥0.0 h4．遏止電壓對(duì)應(yīng)著光電子的最大初動(dòng)能，它們的關(guān)系為eU01＝m2.2max正誤推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)光電子是光照耀下放射出來(lái)的電子，因此光電子仍舊是電子． (√)入射光的頻率較高時(shí)，會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，光電流隨著光照強(qiáng)度的增加而增大． (√)遏止電壓與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，與入射光的頻率有關(guān)．(4)同一頻率的光照耀不同的金屬外表，光電子的最大初動(dòng)能可能一樣．(5W0

(×)肯定的狀況下，出射光電子的最大初動(dòng)能只與入射光頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)．(√)2．以下描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的圖中，符合黑體輻射試驗(yàn)規(guī)律的是( )A BC DA輻射的電磁波的波長(zhǎng)越短，A3．用一束紫外線照耀某金屬時(shí)沒(méi)有產(chǎn)生光電效應(yīng)，以下措施中可能產(chǎn)生光電效應(yīng)的是( )A．換用強(qiáng)度更大的紫外線照耀B．換用紅外線照耀C．換用極限頻率較大的金屬D．換用極限波長(zhǎng)較大的金屬D[發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻A、BC選項(xiàng)錯(cuò)誤；依據(jù)頻率和c波長(zhǎng)的關(guān)系ν＝λ可知，換用極限波長(zhǎng)較大的金屬，可以發(fā)生光電效應(yīng)，故D對(duì)黑體及黑體輻射的理解黑體實(shí)際上是不存在的，只是一種抱負(fù)狀況，波，經(jīng)小孔射入空腔，要在腔壁上經(jīng)過(guò)屢次反射，在屢次反射過(guò)程黑體不肯定是黑的，只有當(dāng)自身輻射的可見(jiàn)光格外微弱時(shí)來(lái)還會(huì)很光明，如煉鋼爐口上的小孔．一些發(fā)光的物體(如太陽(yáng)、白熾燈燈絲)也被當(dāng)作黑體來(lái)處理．黑體同其他物體一樣也在輻射電磁波，黑體的輻射規(guī)律最為簡(jiǎn)潔，黑體輻射強(qiáng)度只與溫度有關(guān)．一般物體和黑體的熱輻射、反射、吸取的特點(diǎn)低時(shí)輻射弱，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)．在肯定溫度下，不同物體所輻射的光譜的成分有顯著不同．熱輻射特點(diǎn)吸取、反射的特點(diǎn)一般物體料的種類(lèi)、外表狀況有關(guān)入射波的波長(zhǎng)等因素有關(guān)輻射電磁波的強(qiáng)弱按波長(zhǎng)的分布只黑體完全吸取各種入射電磁波，不反射熱輻射特點(diǎn)吸取、反射的特點(diǎn)一般物體料的種類(lèi)、外表狀況有關(guān)入射波的波長(zhǎng)等因素有關(guān)輻射電磁波的強(qiáng)弱按波長(zhǎng)的分布只黑體完全吸取各種入射電磁波，不反射與黑體的溫度有關(guān)料的種類(lèi)及其外表狀況無(wú)關(guān)C．假設(shè)在一個(gè)空腔壁上開(kāi)一個(gè)很小的孔，射入小孔的電磁波就成了一個(gè)黑體D．黑體是一種抱負(fù)化模型，實(shí)際物體沒(méi)有確定黑體BD[黑體不僅吸取電磁波，而且也向外輻射電磁波，A的種類(lèi)及其外表狀況無(wú)關(guān)，B磁波，因此小孔成了一個(gè)黑體，而空腔不是黑體，C體都會(huì)反射電磁波，只吸取不反射電磁波的物體實(shí)際是不存在的，故黑體是一種抱負(fù)化的模型，D1．(多項(xiàng)選擇)黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律如下圖，由圖可知( )A．隨溫度上升，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加B．隨溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加C．隨溫度上升，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)D．隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)ACD變化都將反過(guò)來(lái)，故A、C、DB光電效應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)律試驗(yàn)裝置及電路，如下圖幾個(gè)概念飽和光電流：在光照條件不變時(shí)，電流隨電壓上升而增大到的最大值(I)．m0U)．C截止頻率：使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率．又叫極限頻率(ν)．不同金屬截止頻率不同．c光電效應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)律任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必需大于照強(qiáng)度多強(qiáng)，都不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象．光電子最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大．入射光照耀到金屬上時(shí)，光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，10－9s.當(dāng)入射光的頻率高于極限頻率時(shí)，飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成正比．電磁理論解釋光電效應(yīng)的三個(gè)困難由光波的振幅所打算的，跟頻率無(wú)關(guān)．電磁理論光電效應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果依據(jù)光的波動(dòng)理論，不管入射光的頻率假設(shè)光的頻率小于金屬的極限頻率，電磁理論光電效應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果依據(jù)光的波動(dòng)理論，不管入射光的頻率假設(shè)光的頻率小于金屬的極限頻率，1是多少，只要光強(qiáng)足夠大，總可以使電子獲得足夠的能量從而發(fā)生光電效應(yīng)光強(qiáng)越大，電子可獲得更多的能量，光電子的最大初動(dòng)能也應(yīng)當(dāng)越大，遏止電2遏止電壓與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，與頻率有關(guān)壓也越大．即出射電子的動(dòng)能應(yīng)當(dāng)由入射光的能量即光強(qiáng)來(lái)打算光強(qiáng)大時(shí)，電子能量積存的時(shí)間就短，3光強(qiáng)小時(shí)，能量積存的時(shí)間就長(zhǎng)光電子為ν的可見(jiàn)光照耀陰極K，電流表中有電流通過(guò)，則( )1A．用紫外線照耀，電流表中不肯定有電流通過(guò)B．用紅外線照耀，電流表中肯定無(wú)電流通過(guò)C．用頻率為ν1

的可見(jiàn)光照耀陰極K，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片移到a端，電流表中肯定無(wú)電流通過(guò)D．用頻率為ν1

的可見(jiàn)光照耀陰極K，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向b端滑動(dòng)時(shí)，電流表示數(shù)可能不變D時(shí)，電流表中肯定有電流通過(guò)，A錯(cuò)誤．由于不知道陰極K頻率，所以用紅外線照耀時(shí)，不肯定發(fā)生光電效應(yīng)，BU＝0，電流表中也有電流，Cb端滑動(dòng)時(shí)U增大，AK AK陽(yáng)極AA光電流已經(jīng)到達(dá)飽和電流，那么再增大UAK

，光電流也不會(huì)增大，D正確．故正確答案為D.]關(guān)于光電效應(yīng)的三點(diǎn)提示1．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)需滿(mǎn)足：照耀光的頻率大于金屬的極限頻ν＞ν.0光電子的最大初動(dòng)能與照耀光的頻率及金屬有關(guān)，而與照耀光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，強(qiáng)度大小打算了逸出光電子的數(shù)目多少．在肯定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無(wú)關(guān)．光電效應(yīng)試驗(yàn)中，以下表述正確的選項(xiàng)是( )A．光照時(shí)間越長(zhǎng)光電流越大B．入射光足夠強(qiáng)就可以有光電流C．遏止電壓與入射光的頻率無(wú)關(guān)D．入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子D時(shí)間多長(zhǎng)，光照強(qiáng)度多大，都無(wú)光電流，當(dāng)照耀光的頻率大于極限A、BD確．遏止電壓與入射光頻率ν有關(guān)，即C光電效應(yīng)方程的理解

光電效應(yīng)方程的理解及應(yīng)用光電效應(yīng)方程Ek

＝hν－W0

中，Ek

為光電子的最大初動(dòng)能，圍內(nèi)的任何數(shù)值．光電效應(yīng)方程說(shuō)明，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率ν呈線性關(guān)系(留意不是正比關(guān)系)，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)．光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件，即Ek

＝hν－W WW>0，亦即hW，>＝ν，而ν＝就是金屬的極限頻率．0 0 h c c h光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程．W0

：電子從金屬中逸出所需要抑制原子核的束縛而消耗的能量的最小值，叫做金屬的逸出功．光電效應(yīng)中，從金屬外表逸出的電子消耗能量最少．光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋由于光的能量是一份一份的，那么金屬中的電子也只能一電子的能量缺乏以抑制原子的束縛，就不能發(fā)生光電效應(yīng)．當(dāng)光的頻率高于極限頻率時(shí)，能量傳遞給電子以后，電子擺脫束縛要消耗一局部能量，剩余的能量以光電子的動(dòng)能形式存在，這樣光電子的最大初動(dòng)能E

1＝

，其中W

為金屬k 2max 0 0的逸出功，可見(jiàn)光的頻率越高，電子的最大初動(dòng)能越大．而遏止電1壓UeU＝

W

肯定時(shí)，0 0

max 0U只與入射光的頻率ν有關(guān)，與光照強(qiáng)弱無(wú)關(guān)．0所以光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與光強(qiáng)度成么逸出的光電子數(shù)目也就越多，光電流也就越大．3】紫光在真空中的波長(zhǎng)為4.5×10－7m，問(wèn)：紫光光子的能量是多少？用它照耀極限頻率為ν＝4.62×10140

Hz產(chǎn)生光電效應(yīng)？假設(shè)能產(chǎn)生，則光電子的最大初動(dòng)能為多少？(＝6.63×134J·s)[解析](1)紫光光子的能量cE＝hν＝h＝4.42×10－19J.λc(2)紫光頻率＝6.67×114Hzν>ν，所以能產(chǎn)生光電效應(yīng)．0(3)光電子的最大初動(dòng)能為km 0＝1.36×10－19J.[答案](1)4.42×10－19J(2)能(3)1.36×10－19J極限頻率為ν0

的光照耀金屬對(duì)應(yīng)逸出電子的最大初動(dòng)能為零，逸出功W＝hν.0某種金屬的逸出功是肯定值，隨入射光頻率的增大，光電正比．1：光電效應(yīng)中的圖象問(wèn)題3．(多項(xiàng)選擇)在做光電效應(yīng)的試驗(yàn)時(shí)，某金屬被光照耀發(fā)生了光Ek

與入射光的頻率ν的關(guān)系如下圖，由試驗(yàn)圖線可求出( A．該金屬的極限頻率和極限波長(zhǎng)B．普朗克常量C．該金屬的逸出功D．單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)ABC[依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek

＝hν－W0

Ek

ν，即圖象中橫坐標(biāo)的截距在數(shù)值上等于金屬的極限頻率．0E圖線的斜率k＝

.可見(jiàn)圖線的斜率在數(shù)值上等于普朗克常量．

ν－ν0依據(jù)圖象，假設(shè)圖線的延長(zhǎng)線與Ek

軸的交點(diǎn)為C，其截距大小W為W，有k＝0.0 ν0而k＝h，所以，W＝hν.0 0即圖象中縱坐標(biāo)軸的截距在數(shù)值上等于金屬的逸出功．]2：光電效應(yīng)方程的應(yīng)用4Kλ＝00.66μmSλ＝0.50μm的綠光照耀陰極，調(diào)整兩個(gè)極板間的0.64μA.求陰極每秒放射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能；2每秒放射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能．[解析](1)當(dāng)陰極放射的光電子全部到達(dá)陽(yáng)極時(shí)，光電流到達(dá)電子個(gè)數(shù)It0.64×10－6×1n＝m＝ 個(gè)＝4.0×1012個(gè)e 1.6×10－19依據(jù)光電效應(yīng)方程，光電子的最大初動(dòng)能為k

c c＝h－h(huán)λ 0Ek

＝9.6×10－20J.(2)假設(shè)照耀光的頻率不變，光強(qiáng)加倍，則每秒放射的光電子2得陰極每秒放射的光電子為′＝＝8.0×112個(gè)光電子的最大初動(dòng)能仍舊為E

＝9.6×10－20J.k 0[答案](1)4.0×1012個(gè)9.6×10－20J(2)8.0×1012個(gè)9.6×10－20J課堂小結(jié)1.能夠完全吸取入射的各種波物體就是確定黑體，簡(jiǎn)稱(chēng)黑黑體的溫度有關(guān)．2．能量子：不行再分的最小能量值ε，ε＝hν.照耀到金屬外表的光，能使金屬中的電子從外表逸出的現(xiàn)效應(yīng)方程：.

知識(shí)脈絡(luò)k 04．光電效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性.關(guān)于黑體輻射和能量子的說(shuō)法中不正確的選項(xiàng)是( )A．黑體輻射隨溫度的上升，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加B．黑體輻射隨溫度的上升，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的4．光電效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性.方向移動(dòng)C．能量子是最小的能量值D．能量子具有粒子性BA正確，B的，是一份一份的，每一份叫作一個(gè)能量子，它是最小的能量值，說(shuō)明能量子具有粒子性，故C、D2．(多項(xiàng)選擇)如下圖，用弧光燈照耀鋅板，驗(yàn)電器指針張開(kāi)一個(gè)角度，則以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()A．用紫外線照耀鋅板，驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．用紅光照耀鋅板，驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．鋅板帶的是負(fù)電荷D．鋅板帶的是正電荷AD光燈發(fā)出紫外線)，驗(yàn)電器指針張開(kāi)一個(gè)角度，說(shuō)明鋅板帶了電，A、DC誤．紅光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，故B錯(cuò)誤．]用不同頻率的紫外線分別照耀鎢板和鋅板而產(chǎn)生光電效應(yīng)，Ek

νEν圖k3.28eV