高中物理 第5章 波与粒子 1 光电效应学案 鲁科版选修

1、我带领班子成员及全体职工，积极参加县委、政府和农牧局组织的政治理论学习，同时认真学习业务知识，全面提高了自身素质，增强职工工作积极性，杜绝了纪律松散第1节光电效应目标定位1.了解光电效应和光电效应的实验规律及应用.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一、光电效应的产生1光电效应现象在光的照射下电子从物体表面逸出的现象称为光电效应，从金属表面逸出的电子叫做光电子2光电效应实验规律(1)每一种金属对应一种光的最小频率，又称极限频率，只有当光的频率大于或等于这个最小频率时，才会产生光电效应(2)产生光电效应时，单位时间内逸出金属表面的电子数与光的强度有关；光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多(3)从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔很短，通常可在109 s内发生光电效应想一想紫外线灯照射锌板，为什么与锌板相连的验电器指针张开一个角度？答案紫外线灯照射锌板，发生光电效应现象，锌板上的电子飞出锌板，使锌板带正电，与锌板相连的验电器也会因而带正电，使得验电器指针张开一个角度二、光电效应的理论解释1光子说：光由个数有限、分立于空间各点的光子组成，频率为的光子能量为h

2、.2爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：hWmv2.(2)各量的意义：h表示一个光子的能量，W表示金属的逸出功，mv2表示光电子的最大初动能三、光电效应的应用1光电开关：控制电路的接通或断开2光电成像：原理是利用光电效应将光信号转化成电信号，然后再将电信号转化成光信号例如：红外线成像3光电池：硅半导体太阳电池想一想电子的最大初动能与入射光的频率成正比吗？答案根据爱因斯坦光电效应方程hWmv2，mv2与入射光的频率成一次函数关系，并不是正比函数关系一、光电效应现象1光电效应的实质：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，其本质是电子【例1】一验电器与锌板相连(如图1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1(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_(选填“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_(选填“有”或“无”)偏转答案(1)减小(2)无解析当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电

3、效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的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，而红外光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二、光电效应的实验规律1光电效应的三个规律(1)任何一种金属都有一个极限频率c，入射光的频率必须大于或等于c，才能产生光电效应，与入射光的强度及照射时间无关(2)当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关(3)光电效应几乎是瞬时的，发生的时间一般不超过109 s.2掌握三个概念的含义(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)入射光的强度决定着单位时间内发射的光电子数(3)饱和光电流决定于单位时间内发射的光电子数3逸出功使电子脱离某种金属表面所做功的最小值，用W表示，不同金属的逸出功不同4光电效应与光的电磁理论的矛盾按光的电磁理论，应有：(1)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有

4、关(2)不存在极限频率，任何频率的光都能产生光电效应(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于109 s.【例2】利用光电管研究光电效应实验，如图2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2A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M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N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N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1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

5、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错误三、光电效应方程的理解与应用1光电效应方程实质上是能量守恒方程能量为Eh的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引做功，另一部分就是电子离开金属表面时的动能如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：EkhW0.2光电效应方程包含了产生光电效应的条件若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即EkhW00，亦即hW0，c，而c恰好是光电效应的极限频率图33Ek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，

6、横轴上的截距是极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量【例3】如图4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电键，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()图4A1.9 eV B0.6 eVC2.5 eV D3.1 eV答案A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EkhW0可得W0hEk(2.50.6) eV1.9 eV.针对训练2 (多选)如图5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象，由图象可知()图5A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解析题中图象反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系，根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0，知当入射光的频率恰为该金属的极限频率0时，光电子的最大初动能Ek0，此时有h0W0，即该金属的

7、逸出功等于h0，选项B正确；根据图线的物理意义，有W0E，故选项A正确，而选项C、D错误光电效应现象1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错误光电效应规律2用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效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A解析由光电效应规律知，光电子的最大初动能由入射光的频率和金属的逸出功共同决定，与入射光的强度无关，故对；单位时间内产生的光电子数与入射光的强度成正比，光强减弱，则单位时间内产生的光电子数减少，即也正确3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

8、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正确光电效应方程的理解与应用4(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生下列说法正确的是()A保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B入射光的频率变高，饱和光电流变大C入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生答案AC解析在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A正确，B错误；根据EkmhW可知，对于同一光电管，逸出功W不变，当频率变高，最大初动能Ekm变大，因此C正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此D错误(时间：60分钟)题组一光电效应的现象及规律1(多选)当用一束紫外线照射装置在原不带电的验电器金属球上的锌板时，发生了光电效应，这时发生的现象是()A验电器内的金属箔带正电B有电子从锌板上飞出来C有正离子从锌板上飞出来D锌板吸收空气中的正离子答案AB2(多选)在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连，用弧光灯(紫外线)照射锌板时，静电计的指针就张开一个角度，如图1所示，这时()图1A锌板带正电，指针带负电B锌板带正电，指针带正电C若用黄光照射锌板，则可能不产生光电效应现象D若用红光照射锌板，则锌板能发射光电子答案BC解析锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，故锌板带正电，指针上的部分电子被吸引到锌板上发生中和，使指针带正电，B对，A错；红光和黄光的频率都小于紫外线的频率，都可能不产生光电效应，C对，D错3(多选)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不变D单位时间逸出光电子的数目变小答案CD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

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