1、学案 2 光子 学习目标定位 1.知道光电效应现象，能说出光电效应的实验规律.2.知道遏止电压 的概念，会用遏止电压计算光电子的最大初动能.3.知道普朗克的能量量子化假说和爱 因斯坦的光子说，会用光子说解释光电效应现象.4.知道光电效应方程、意义并能够简 单应用 1各种色光的频率：从红到紫的频率依次变大 2光的波长 与频率 的关系： c ，式中 c 为光速 3光电效应与光电流 (1)金属在光的照射下发射电子的现象称为光电效应，发射出来的电子称为光电子 (2)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 4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
2、我们将 0称为极限频率 5遏止电压 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我们把这时的电压称为遏止电压， 用符号 U0表示 6能量量子假说 1900 年，德国物理学家普朗克在研究电磁波的辐射问题时，首次提出能量量子假说： 物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是 h 的整数倍， h 称为一个 能量量子，其中 是辐射频率， h6.6310 34 Js，称为普朗克常量 7光子假说 1905 年，爱因斯坦指出，光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光 子，一个光子的能量为 h . 8光电效应方程 h
3、 mv W0 12 2max 式中 W0表示金属的逸出功， h 是入射光子的能量， mv 是出射光电子的最大初始动能 12 2max 9光电效应的解释 (1)金属内部的一个电子一般只能吸收 一个光子的能量，如果光子的能量小于电子的 逸出功，那么无论光的强度(由光子数目决定)有多大，照射的时间多长，金属内部的 电子都不能被激发而逃逸出来因此光电效应的条件是光子的能量 h 必须大于 或至少等于逸出功 W0，即 . W0h (2)遏止电压与光电子的最大初始动能的关系： eU0 mv . 12 2max 而在逸出功 W0一定的情况下，出射光电子的最大初始动能只与入射光频率有关，与光 的强弱无关. 一、
4、光电效应产生的条件 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 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
5、电效应 要点提炼 1光电效应的实质：光现象转化为 ,电现象 2光电效应中的光包括不可见光和可见光 二、光电效应的实验规律 光电效应解释中的疑难 1光电效应的四点规律 (1)任何一种金属都有一个极限频率 0，入射光的频率必须大于 0，才能产生光电 效应，与入射光的强度及照射时间无关 (2)光电子的最大初始动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关 (3)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 (4)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始动能 (2)入射光的强度决定着单
6、位时间内发射的光子数； (3)饱和光电流决定着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所做功的最小值，用 W0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. 三、爱因斯坦的光电效应方程 1光电效应方程实质上是能量守恒方程 能量为 h 的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对 它的吸引，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，电子离开
7、金属表面时最大初始动能为 Ek，则根据能量守恒定律可知： Ek h W0. 2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，则光电子的最大初始动能必须大于零，即 Ek h W00，亦即 h W0， 0，而 0 恰好是光电效应的极限频率 W0h W0h 图 2 3 Ek 曲线如图 2 所示是光电子最大初始动能 Ek随入射光频率 的变化曲 线这里，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 一、光电效应的现象分析 例 1 (双选)如图 3 所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说 法中正确的是( ) 图 3 A用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏
8、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逸出，锌板中缺少电子，于是带正电， 选项 A、D 正确红光不能使锌板发生光电效应 答案 AD 二、光电效应方程及应用 例 2 (单选)如图 4 所示，当电键 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
9、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 4 A1.9 eV B0.6 eV C2.5 eV D3.1 eV 解析 由题意知光电子的最大初始动能为 Ek eU00.60 eV 所以根据光电效应方程 Ek h W0可得 W0 h Ek(2.50.6) eV1.9 eV 答案 A Error!光 的 粒 子 性 1(双选)在光电效应现象中，下列说法中正确的是( ) A入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大 B光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大 C对于任何一种金属都存在一个“最大波长” ，入射光的波长必须小于此波长，才能
10、 产生光电效应 D对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应 答案 BC 解析 光电子的最大初始动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故选项 A 错，B 对；对于任何一种金属都存在一个发生光电效应的入射光的最小频率(极限频率)， 对应着一个“最大波长” ，故选项 C 对，D 错 2(2014广东18)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
11、射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增 大，故选项 A 正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，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 h W 逸 mv2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 12 概念规律题组 1(单选)红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是( ) A红光 B橙光 C黄光 D绿光 答案 A 解析 按照爱因斯坦的光子说，光子的能量 h ， h 为普朗克常量，说明光子的能 量与光的频率成正比
12、，而上述四种单色光中，绿光的频率最大，红光的频率最小，故 光子能量最小的是红光，所以选项 A 正确 2(单选)关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( ) A只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生 B光电子的最大初始动能跟入射光的强度成正比 C发生光电效应的时间一般都大于 107 s D发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比 答案 D 解析 由 h h 知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，故 A c 错由 Ek h W0知，最大初始动能由入射光频率决定，与入射光的强度无关，故 B 错发生光电效应的时间一般不超过 109 s，故 C 错
13、 3(单选)对于任何一种金属，能发生光电效应的条件是( ) 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 D 4(单选)关于光电效应现象，下列说法正确的是( ) A只有入射光的波长大于使该金属发生光电效应的极限波长，才能发生光电效应现象 B在光电效应现象中，产生的光电子的最大初始动能跟入射光的频率成正比 C产生的光电子最大初始动能与入射光的强度成正比 D在入射光频率一定时，单位时间内从金属中逸出的光电子个数与入射光的强度成正 比 答案 D 解析 当入射光频率不低于极限频率时才能发生光电效应，设此时波长为
14、 0，极限 频率为 0，则光速 c 0 0，可知当入射光的波长大于极限波长 0时，其频率将 小于极限频率 0，所以大于极限波长的光不能使金属发生光电效应，因此选项 A 错 误由光电效应方程 Ek h W0可知，光电子的最大初始动能随入射光频率的增大 而增大，但并不与入射光频率成正比，因此选项 B 错误由于光电子的最大初始动能 与入射光的强度无关，显然选项 C 错误若入射光强度增大到原来的 n 倍，则单位时 间内入射光的能量就增大到原来的 n 倍在入射光频率一定时，单个光子的能量不变， 则单位时间内入射的光子数将增大到原来的 n 倍，因此选项 D 正确 方法技巧题组 5(单选)现有 a、 b、
15、c 三束单色光，其波长关系为 a b c.用 b 光束照射某种 金属时，恰能发生光电效应若分别用 a 光束和 c 光束照射该金属，则可以断定( ) A a 光束照射时，不能发生光电效应 B c 光束照射时，不能发生光电效应 C a 光束照射时，释放出的光电子数目最多 D c 光束照射时，释放出的光电子的最大初始动能最小 答案 A 解析 由 a、 b、 c 三束单色光的波长关系 a b c及波长、频率的关系知：三束 单色光的频率关系为： a b c.故当 b 光束恰能使金属发生光电效应时， a 光束 必然不能使该金属发生光电效应， c 光束必然能使该金属发生光电效应，A 对，B 错； 又因为发生
16、光电效应时释放的光电子数目与光照强度有关，光照越强，光电子数目越 多，由于光照强度未知，所以光电子数目无法判断，C 错；光电子的最大初始动能与 入射光频率有关，频率越高，最大初始动能越大，所以 c 光束照射时释放出的电子的 最大初始动能最大，D 错，故正确选项为 A. 6(双选)如图 1 所示是光电效应中光电子的最大初始动能 Ek与入射光频率 的关系 图象从图中可知( ) 图 1 A Ek与 成正比 B入射光频率必须大于或等于极限频率 0时，才能产生光电效应 C对同一种金属而言， Ek仅与 有关 D Ek与入射光强度成正比 答案 BC 解析 由 Ek h W0知 B、C 正确，A、D 错误 7
17、(双选)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 2 0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B当用频率为 2 0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初始动能为 h 0 C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，若 增大一倍，则光电子的最大初始动能也增大 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 W0 h 0，再由 Ek h W0得， Ek2 h 0 h 0 h 0，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
18、，故 C 错误；由 Ek h W0 h h 0 h( 0)可得，当 增大一倍时： 2，故 D 错误 EkEk 2 0 0 8频率为 的光照射到一种金属表面上，有电子从金属表面逸出，当所加反向电压 U 的大小增大到 3 V 时，光电流刚好减小到零已知这种金属的极限频率为 06.0010 14 Hz，因此入射光的频率 _ Hz.(电子电荷量 e1.6010 19 C，普朗克常量 h6.6310 34 Js) 答案 1.3210 15 解析 光电子的最大初动能 Ek eU0 由爱因斯坦光电效应方程有 Ek h h 0 联立得： 01.3210 15 Hz eU0h 创新应用题组 9铝的逸出功为 4.
19、2 eV，现用波长为 200 nm 的光照射铝的表面已知 h6.6310 34 Js，求： (1)光电子的最大初始动能； (2)遏止电压； (3)铝的极限频率 答案 (1)3.22510 19 J (2)2.016 V (3)1.0141015 Hz 解析 (1)根据光电效应方程可知 Ek h W0，有 Ek W0 J4.21.610 19 J3.22510 19 hc 6.6310 343.010820010 9 J (2)由 Ek eU0可得 U0 V2.016 V. Eke 3.22510 191.610 19 (3)h 0 W0知 0 Hz1.01410 15 Hz. W0h 4.21.610 196.6310 34
