4-2光電效應(yīng)-第一課時(人教2019選擇性必修第三冊-)(原卷版)

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第2節(jié)光電效應(yīng)第一課時光電效應(yīng)【核心素養(yǎng)目標(biāo)】物理觀念知道光電效應(yīng)現(xiàn)象，了解光電效應(yīng)的實(shí)驗規(guī)律.科學(xué)思維知道光電效應(yīng)與電磁理論的矛盾.科學(xué)探究理解愛因斯坦光子說及對光電效應(yīng)的解釋，會用光電效應(yīng)方程解決一些簡單問題．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過光電效應(yīng)知識應(yīng)用的實(shí)例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會的緊密聯(lián)系，體會科學(xué)知識的應(yīng)用價值，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和科學(xué)意識。知識點(diǎn)一光電效應(yīng)的實(shí)驗規(guī)律經(jīng)典解釋中的疑難【情境導(dǎo)入】如圖是研究光電效應(yīng)的電路圖．(1)閉合開關(guān)后，當(dāng)電壓表的示數(shù)為0時，電流表的示數(shù)不是0，說明了什么？(2)閉合開關(guān)，將滑動變阻器的滑片向右移動，會觀察到什么現(xiàn)象？說明了什么？(3)若將電源的正負(fù)極對調(diào)，閉合開關(guān)，滑動變阻器的滑片向右移動時，又會觀察到什么現(xiàn)象？說明了什么？(4)對于現(xiàn)象(3)，同一頻率的入射光強(qiáng)弱不同時，觀察到什么現(xiàn)象？用不同頻率的光做實(shí)驗，觀察到什么現(xiàn)象？【知識梳理】1．光電效應(yīng)：照射到金屬表面的光，能使金屬中的從表面逸出的現(xiàn)象．2．光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來的．3．光電效應(yīng)的實(shí)驗規(guī)律(1)存在頻率：當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(填“能”或“不”)發(fā)生光電效應(yīng)．(2)存在電流：在光的頻率不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越．(3)存在電壓：使光電流減小到0的反向電壓Uc，且滿足eq\f(1,2)mevc2＝eUc.(4)光電效應(yīng)具有瞬時性：光電效應(yīng)幾乎是瞬時發(fā)生的．4．逸出功：使電子脫離某種金屬，外界對它做功的值，用W0表示．不同種類的金屬，其逸出功的大小(填“相同”或“不相同”)．5．光電效應(yīng)經(jīng)典解釋(1)不應(yīng)存在頻率．(2)遏止電壓Uc應(yīng)該與光的強(qiáng)弱關(guān)．(3)電子獲得逸出表面所需的能量需要的時間實(shí)驗中產(chǎn)生光電流的時間．【重難詮釋】1．光電效應(yīng)的實(shí)驗規(guī)律(1)任何一種金屬都有一個截止頻率，入射光的頻率必須大于或等于這個截止頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個截止頻率則不能發(fā)生光電效應(yīng)．(2)發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，隨入射光頻率的增大而增大．(3)大于截止頻率的光照射金屬時，光電流(反映單位時間內(nèi)發(fā)射出的光電子數(shù)的多少)與入射光強(qiáng)度成正比．(4)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，產(chǎn)生電流的時間不超過10－9s.2．光電效應(yīng)實(shí)驗相關(guān)概念的理解(1)光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)還是電子．(2)飽和電流金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和電流，在一定條件下，飽和電流與所加電壓大小無關(guān)，只與入射光的強(qiáng)度有關(guān)．入射光越強(qiáng)，飽和電流越大．即：入射光越強(qiáng)，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多．(3)遏止電壓、截止頻率與逸出功①遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓，用符號Uc表示．計算方法：－eUc＝0－Ek遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)．入射光的頻率不變，遏止電壓不變，入射光的頻率改變，遏止電壓改變．這表明對于同一種金屬光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)．②截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的入射光的最小頻率叫作該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)．不同的金屬對應(yīng)著不同的截止頻率．③逸出功：電子從金屬中掙脫出來，要克服金屬表面層的一種力做功，電子脫離某種金屬所需做功的最小值叫作這種金屬的逸出功．不同金屬的逸出功不同．3．光電效應(yīng)與經(jīng)典電磁理論的矛盾按光的電磁理論，應(yīng)有：(1)不存在截止頻率，任何頻率的光都能使金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)．(2)光越強(qiáng)，光電子的初動能越大，遏止電壓與光的強(qiáng)弱有關(guān)．(3)在光很弱時，放出光電子的時間應(yīng)遠(yuǎn)大于10－9s.顯然這三條與光電效應(yīng)的實(shí)驗規(guī)律相矛盾．【典例精析】例1．如圖所示，在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗中，某同學(xué)分別用a、b兩種單色光照射鋅板．發(fā)現(xiàn)用a光照射時與鋅板連接的驗電器的指針張開一定角度；用b光照射時與鋅板連接的驗電器的指針不動．下列說法正確的是()A．增大b光的照射強(qiáng)度，驗電器的指針有可能張開一定角度B．增大a光的照射強(qiáng)度，光電子的最大初動能增加C．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率知識點(diǎn)二愛因斯坦的光電效應(yīng)理論【知識梳理】1．光子：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν，其中h為普朗克常量．這些能量子后來稱為．2．愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：hν＝或Ek＝(2)物理意義：金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是hν，在這些能量中，一部分大小為W0的能量被電子用來脫離金屬，剩下的是逸出后電子的．(3)Uc與ν、W0的關(guān)系①表達(dá)式：Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e).②圖像：Uc－ν圖像是一條斜率為eq\f(h,e)的直線．【重難詮釋】1．光子說：光子說的提出說明了光是由光子組成的．光子的能量ε＝hν，決定于光的頻率．光的強(qiáng)度與光子的數(shù)目有關(guān)，在頻率一定的情況下，光越強(qiáng)，單位時間內(nèi)單位面積上的光子數(shù)越多．2．光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0(1)式中的Ek是光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時剩余動能大小可以是0～Ek范圍內(nèi)的任何數(shù)值．(2)光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程．①能量為ε＝hν的光子被電子吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引，另一部分就是電子離開金屬表面時的初動能．②如果克服吸引力做功最少為W0，則電子離開金屬表面時動能最大為Ek，根據(jù)能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0.3．光子說對光電效應(yīng)的解釋(1)飽和電流與光照強(qiáng)度的關(guān)系：同種頻率的光，光照強(qiáng)度越大，包含的光子數(shù)越多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子越多，因而飽和電流越大．(2)存在截止頻率和遏止電壓：①由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動能與入射光頻率有關(guān)，與光照強(qiáng)度無關(guān)，所以遏止電壓由入射光頻率決定，與光照強(qiáng)度無關(guān)．②若發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子的最大初動能必大于零，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>eq\f(W0,h)＝νc，而νc＝eq\f(W0,h)恰好是光電效應(yīng)的截止頻率．【典例精析】例2．用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用光子能量為3.6eV的光照射到光電管上時，電流表G有讀數(shù)．移動滑動變阻器的觸點(diǎn)c，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.9V時，電流表讀數(shù)為0，則以下說法正確的是()A．光電子的初動能可能為0.8eVB．光電管陰極的逸出功為0.9eVC．開關(guān)S斷開后，電流表G示數(shù)為0D．改用能量為2eV的光子照射，電流表G有電流，但電流較小針對訓(xùn)練1．入射光照在金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若減弱入射光的強(qiáng)度，而保持頻率不變，則（）A．有可能不發(fā)生光電效應(yīng)B．逸出的光電子的最大初動能將減小C．單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少D．從光照到金屬表面上到發(fā)射出光電子的時間間隔明顯增加2．下列關(guān)于光的本性的說法中正確的是（）A．光不可能同時既具有波動性，又具有粒子性B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子C．光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應(yīng)說明光具有粒子性D．頻率低、波長長的光，粒子性特征顯著；頻率高、波長短的光，波動性特征顯著3．某學(xué)?？萍蓟顒有〗M設(shè)計了一個光電煙霧探測器（如圖甲），當(dāng)有煙霧進(jìn)入探測器時（如圖乙），來自光源S的光會被煙霧散射進(jìn)入光電管C，當(dāng)光射到光電管中的鈉表面時會產(chǎn)生光電流，當(dāng)光電流大于時，便會觸發(fā)報警系統(tǒng)報警。已知鈉的極限頻率為，普朗克常量，光速，電子電荷量，則下列說法正確的是（）A．要使該探測器正常工作，光源S發(fā)出的光波波長不能小于B．光電管發(fā)生光電效應(yīng)，同時光源的光變強(qiáng)時，不能改變光電煙霧探測器的靈敏度C．光電管C中能發(fā)生光電效應(yīng)是因為光發(fā)生了全反射現(xiàn)象D．報警器報警時，鈉表面每秒釋放出的光電子數(shù)最少為個4．波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有（）A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的波動性B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明運(yùn)動的中子具有波動性C．黑體輻射的實(shí)驗規(guī)律可用光的波動性解釋D．動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長也相等5．在光電效應(yīng)中，若有N個頻率為的光子打在金屬板上，這些光子的總能量為（h為普朗克常量）（）A． B． C． D．6．金屬、的逸出功大小關(guān)系為，用不同頻率的光照射兩金屬、，可得光電子最大初動能與入射光的頻率的關(guān)系圖線分別為直線、，則下列四圖中可能正確的是（）A． B．C． D．7．在研究光電效應(yīng)現(xiàn)象時，先后用單色光a、b、c照射同一光電管，所得到的光電流，與光電管兩端所加電壓U間的關(guān)系曲線如圖所示，下列說法正確的是（）A．b、c兩種單色光的顏色相同B．a(chǎn)、b兩種單色光的光照強(qiáng)度相同C．增大c光的光照強(qiáng)度，電路中的飽和光電流將增大D．增大b光的光照強(qiáng)度，射出的光電子的最大初動能增大8．如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線，普朗克常量，電子電荷量，由圖可知（）A．該金屬的截止頻率為B．該金屬的截止頻率為C．該圖線的斜率表示普朗克常量的倒數(shù)D．該金屬的逸出功約為0.5eV9．單色光B的頻率為單色光A的1.5倍，單色光A照射到某金屬表面時，從金屬表面逸出的光電子最大初動能為；單色光B照射到該金屬表面時，從金屬表面逸出的光電子最大初動能為，則該金屬的逸出功為（）A． B． C． D．10．在研究甲、乙兩種金屬發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗中，光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示，則下列說法正確的是（）A．兩條圖線與橫軸的夾角α和β一定不相等B．若增大入射光頻率ν，則所需的遏止電壓Uc將增大C．某一頻率的光可以使乙金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則不一定能使甲金屬發(fā)生光電效應(yīng)D．若不改變?nèi)肷涔忸l率ν，而增加入射光的強(qiáng)度，則光電子的最大初動能Ek將增大二、多選題11．如圖所示的實(shí)驗中，分別用波長為λ1、λ2的單色光照射光電管的陰極K，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為U1、U2.設(shè)電子的質(zhì)量為m、所帶的電荷量為e，真空中的光速為c，極限波長為λ0，下列說法正確的是（

）A．用波長為λ2的光照射時，光電子的最大初動能為eU2B．用波長為λ2的光照射時，光電子的最大初動能為-C．普朗克常量等于D．陰極K金屬的極限頻率為12．用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，閉合開關(guān)S，用頻率為的光照射光電管時發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時光電子的最大初動能與入射光頻率的關(guān)系圖像，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為，與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為，下列說法中正確的是（）A．普朗克常量為B．?dāng)嚅_開關(guān)S后，電流表G的示數(shù)為零C．僅增加入射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動能將不變D．保持入射光強(qiáng)度不變，僅提高入射光頻率，電流表G的示數(shù)將減小13．如圖所示，甲、乙、丙、丁是關(guān)于光電效應(yīng)的四個圖象，以下說法正確的是（）A．由圖甲可求得普朗克常量B．由圖乙可知虛線對應(yīng)金屬的逸出功比實(shí)線對應(yīng)金屬的逸出功的小C．由圖丙可知在光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大D．由圖丁可知電壓越高，則光電流越大14．在光電效應(yīng)實(shí)驗中，某同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的