4.2 第2节　光电效应 课件《创新课堂》选择性必修三（58页ppt）

(共58张PPT)
第2节　光电效应
1．知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律。　2.知道光电效应中极限频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾。　3.知道光子说及其对光电效应的解释。　4.掌握爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单问题。　5.了解康普顿效应，知道光子不仅具有能量，而且具有动量。　6.理解光的波粒二象性。　
课前知识梳理
PART
01
第一部分
光电子
数目
初速度　
eUc
瞬时
光本身
能量子
hν
一个光子
hν
初动能Ek
hν－W0
>
频率
强弱
一次性
不需要
光子数
光电子
大于
能量
动量
变大
电磁波
波动
粒子
波动
粒子
波粒二象性
判断下列说法是否正确。
(1)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。(　　)
(2)“光子”就是“光电子”的简称。(　　)
(3)不同金属的逸出功不同，因此，不同金属对应的截止频率也不同。(　　)
(4)光子发生散射时，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化。(　　)
(5)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子。(　　)
×
√
×
×
×
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　光电效应电路和规律

如图所示的是研究光电效应的电路图。
(1)闭合开关后，当电压表的示数为0时，电流表的示数不是0，说明了什么？
[提示]　说明发生了光电效应现象。
(2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，会观察到什么现象？说明了什么？
[提示]　电压表、电流表的示数均增大，当电流增大到一定值后，滑动变阻器的滑片再向右移动，电流也不再增大。说明存在饱和电流。
(3)若将电源的正负极对调，闭合开关，滑动变阻器的滑片向右移动时，又会观察到什么现象？说明了什么？
[提示]　电压表示数增大，电流表示数减小，最后电流表的示数可能减小到0。说明存在遏止电压。　
1．两组概念
(1)光电子的初动能与光电子的最大初动能
①光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能。
②只有金属表面的电子可以直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。
(2)光的强度与饱和光电流
饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的。对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。
2．两条线索、两个关系
(1)两条线索

(2)两个关系
光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。
(2024·江苏南通月考)如图所示，在演示光电效应的实验中，将一带电锌板与灵敏验电器相连，验电器指针张开。用弧光灯发出的紫外线照射锌板后，观察到验电器的指针张角减小，下列说法正确的是(　　)

A．锌板原来带正电
B．若仅减弱照射光的强度，仍能观察到指针张角减小
C.若用可见光照射锌板，也能观察到指针张角减小
D．无论用什么光照射，只要时间够长，锌板都能发生光电效应
√
[解析]　紫外线照射锌板后，观察到验电器的指针张角减小，说明锌板表面有光电子逸出，发生了光电效应，由此可得锌板原来带负电，故A错误；
若仅减弱照射光的强度，逸出电子数会减少，但依然可以发生光电效应，则仍能观察到指针张角减小，故B正确；
可见光频率小于紫外线频率，则用可见光照射锌板不一定会发生光电效应，即指针张角不一定发生变化，故C错误；
当照射光的频率小于锌板的截止频率时，无论照射多久，都不会发生光电效应，故D错误。
(2024·山东菏泽期中)爱因斯坦为了解释光电效应现象，
提出“光子”概念并给出光电效应方程，密立根通过实验验证
其理论的正确性。如图所示，当频率为ν的可见光照射到阴极K
上时，电流表中有电流通过，则(　　)

A.用频率小于ν的可见光照射阴极K，电流表上一定没有电流通过
B．当滑动变阻器的滑片位于左端时，电流表的示数一定为0
C．在光照条件不变的情况下，在滑动变阻器的滑片由左向右移动的过程中，通过电流表的电流可能先增大后不变
D．对调电源的正负极，由左向右移动滑动变阻器的滑片，当电流表的示数刚减小到零时，电压表的示数为5.6 V，则阴极K金属的逸出功是5.6 eV
√
[解析]　因不知阴极K的极限频率，用频率小于ν的可见光照射阴极K，可能发生光电效应，电流表可能有电流通过，故A错误；
当滑动变阻器的滑片位于左端时，由于发生了光电效应，即使A、K间的电压为零，电流表中也有电流通过，故B错误；
当滑动变阻器的滑片由左向右移动时，阳极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时，电流达到最大，即饱和电流，通过电流表的电流可能先增大后不变，故C正确；
对调电源的正负极，加的是反向电压，电流表的示数刚减小到零时，阴极K逸出的光电子的最大初动能Ekm＝eU＝5.6 eV，故D错误。
知识点二　光电效应方程和图像
1．对光电效应方程的理解
(1)Ek为光电子的最大初动能，与金属的逸出功W0和光的频率ν有关。
(2)若Ek＝0，则hν＝W0，此时的ν即为金属的截止频率νc。
3．光电效应图像
(1)Ek－ν图像
光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化图像如图甲所示，由Ek＝hν－W0知，横轴上的截距是阴极金属的截止频率νc，纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值－W0，斜率是普朗克常量h。
(2)I－U图像
如图乙所示，这是光电流I随光电管两极板间电压U的变化曲线，图中 Im为饱和光电流，Uc为遏止电压。
(1)由Ek＝eUc和Ek＝hν－W0知，同一色光，遏止电压相同，与入射光强度无关；不同色光，频率越大，遏止电压越大。
(2)在入射光频率一定时，饱和光电流随入射光强度的增大而增大。
角度1　光电效应方程的应用
(多选)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成电流。表中给出了2次实验的结果，下列由数据得出的论断正确的是(　　)



A.第一次实验的入射光频率较第二次低
B．第一次实验的入射光频率较第二次高
C．两次实验所用的金属板逸出功相同
D．两次实验所用的金属板逸出功不同
√
次数 入射光子的能量/eV 光电子的最大初动能/eV
1 4.0 0.9
2 6.0 2.9
√
[解析]　根据光子能量公式E＝hν，结合表格中数据可知第一次实验的入射光频率较第二次低，故A正确，B错误；
根据爱因斯坦光电效应方程hν＝Ek＋W0，可得金属板逸出功W0＝hν－Ek，结合表格中数据，可得两次实验所用的金属板逸出功相同，为W0＝(4.0－0.9) eV＝(6.0－2.9) eV＝3.1 eV，故C正确，D错误。
√
【教材经典P98第1题改编】小明用同一光电管在不同实验条件下做光电效应实验，得到了三条光电流与电压之间的关系曲线，如图所示。关于本实验，下列说法正确的是(　　)
A．甲光的频率比乙光的频率大
B．乙光的波长比丙光的波长大
C．乙光所对应的截止频率与丙光所对应的截止频率一样大
D．甲光所产生光电子的最大初动能比丙光所产生光电子的最大初动能大
√
[解析]　根据图像可知，甲、丙的遏止电压相等，小于乙的遏止电压，根据eUc＝Ekmax可知，甲光所产生光电子的最大初动能与丙光所产生光电子的最大初动能相等，故D错误；
根据逸出功与截止频率的关系有W0＝hν0，由于逸出功与截止频率均由金属材料本身决定，实验中小明用的是同一光电管，则乙光所对应的截止频率与丙光所对应的截止频率一样大，故C正确；
(2024·广东中山期末)小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，图甲为实验原理图，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，下列说法正确的是(　　)

A.图甲中电极K为光电管的阳极
B．增加光照强度，光电子的最大初动能增加
C．铷的逸出功为3.315×10－19 J
D．图乙中图线的斜率为普朗克常量
√
[解析]　光照射到电极K上产生光电子，由此可知电极A为光电管的阳极，电极K为光电管的阴极，故A错误；
根据光电效应方程Ekm＝hν－W0可知光电子的最大初动能与入射光的强度无直接关系，故B错误；
2．康普顿效应的意义
康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。
3．光的波粒二象性
(1)光的波动性
实验基础：光的干涉和衍射。
(2)光的粒子性
①实验基础：光电效应、康普顿效应。
②表现：当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质；少量或个别光子容易显示出光的粒子性。
③说明：粒子的含义是“不连续”“一份一份”的；光子不同于宏观观念的粒子。
角度1　康普顿效应
图为解释康普顿效应的示意图，下列说法正确的是(　　)

A．图中光子与电子不是正碰，故不遵循动量守恒定律
B．图中碰撞后光子频率ν′可能等于碰撞前光子频率ν
C．图中碰撞后光子速度可能小于碰撞前光子速度
D．图中碰撞后光子波长一定大于碰撞前光子波长
√
[解析]　无论正碰还是斜碰，系统所受的合外力为零，碰撞过程都遵循动量守恒定律，A错误；



根据爱因斯坦相对论的光速不变原理可知光子的速度为c，碰撞前后不变，C错误。
角度2　光的波粒二象性
关于光的本性，下列说法正确的是(　　)
A．关于光的本性，牛顿提出微粒说，惠更斯提出波动说，爱因斯坦提出光子说，它们都说明了光的本性
B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子
C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性
D．光的波粒二象性将牛顿的微粒说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来
√
[解析]　光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波。光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿微粒说中的经典微粒。某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象；某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子理论解释这一现象。光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性。综上，C正确。
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
1．(光电效应规律)(2024·广东广州期末)用如图所示的实验装置研究光电效应现象。用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零，移动滑动变阻器的滑片c，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为零，则在该实验中(　　)
A．光电管阴极的逸出功为1.05 eV
B．光电子的最大初动能为1.05 eV
C.若开关S闭合，当滑片向a端滑动时，电流表G示数可能增大
D．若开关S断开，用光子能量为1.00 eV的强光照射，电流表G可能满偏
√
解析：由题目可知，遏止电压Uc＝1.7 V，故最大初动能Ek＝eUc＝1.7 eV，故B错误；
根据光电效应方程可知，逸出功W0＝E－Ek＝1.05 eV，故A正确；
电源电压为反向电压，当滑片向a端滑动时，反向电压增大，电压表示数增大，电流表中电流减小，故C错误；
断开开关S，光电管、电流表、滑动变阻器构成闭合回路，但光子能量为1.00 eV，小于光电管阴极的逸出功1.05 eV，不会发生光电效应，没有光电流产生，电流表不偏转，故D错误。
2．(光电效应方程和图像)(2024·山东青岛期中)如图所示为两种不同金属A、B用同一种光照射发生光电效应时，最大初动能Ek与入射光频率ν之间的函数关系图像，则金属A、B可产生光电效应的截止波长λA∶λB为(　　)

A．2∶3　　　　　　　　 B．4∶9
C．1∶2 D．3∶2
√
3．(光电效应方程和图像)(多选)(2024·吉林松原期末)图甲是探究“光电效应”实验的电路图，光电管遏止电压Uc随入射光频率ν的变化规律如图乙所示。下列判断正确的是(　　)

A．入射光的频率ν不同，遏止电压Uc不同
B．入射光的频率ν不同，光照强度不同，Uc－ν图像的斜率相同
C.如图甲所示的电路中，当电压增大到一定数值时，电流计将达到饱和电流
D．只要入射光的光照强度相同，光电子的最大初动能就一定相同
√
√
题图甲所示电路中，必须把电源正负极反接过来，才能来验证光电流与电压的关系，即当电压增大到一定数值时，电流计将达到饱和电流，故C错误；
根据Ekm＝hν－W0，可知光电子的最大初动能
与光照强度无关，故D错误。
4．(康普顿效应)科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中(　　)
A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′
B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′
C．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′
D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′
√
5．(光的波粒二象性)下列有关光的波粒二象性的说法正确的是(　　)
A．有的光是波，有的光是粒子
B．康普顿散射实验说明光具有波动性
C.能够证明光具有波粒二象性的现象是光的干涉、光的衍射和光电效应
D．大量光子的行为往往显示出粒子性
√
解析：光具有波粒二象性，这是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性，故A、D错误；
康普顿散射实验说明光具有粒子性，故B错误；
光波的频率越高，波长越短，粒子性越显著，反之，波动性越显著，光的干涉、光的衍射说明光具有波动性，而光电效应说明光具有粒子性，故C正确。