第四章 2 光电效应（第1课时 光电效应）（课件）—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第三册21张PPT

2　光电效应
第四章 原子结构与波粒二象性
第1课时　光电效应
选修第三册 人教版
学习目标
1.
知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律.
2.
知道光电效应与电磁理论的矛盾.3.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题．
知识梳理
一、光电效应的实验规律
1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．
2．光电子：光电效应中发射出来的电子．
3．光电效应的实验规律
(1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于等于这个截止频率才能发生光电效应，低于这个截止频率则不能发生光电效应．
(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大．
(3)大于截止频率的光照射金属时，光电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比．
(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过10－9 s.
4．光电效应与经典电磁理论的矛盾
按光的电磁理论，应有：
(1)不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电效应．
(2)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．
(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于10－9 s.
显然这三条与光电效应的实验规律相矛盾．
二、光电效应经典解释中的疑难
1．逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值，用W0表示．不同种类的金属，其逸出功的大小不相同(填“相同”或“不相同”)．
2．光电效应经典解释
(1)不应存在截止频率．
(2)遏止电压Uc应该与光的强弱有关．
(3)电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远大于实验中产生光电流的时间．
3．光电效应实验相关概念的理解
(1)光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子．
(2)饱和电流
金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和电流，在一定条件下，饱和电流与所加电压大小无关，只与入射光的强度有关．入射光越强，饱和电流越大．即：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．
(3)遏止电压　截止频率　逸出功
①遏止电压：使光电流减小到零的反向电压．用符号Uc表示．
计算方法：－eUc＝0－Ek
遏止电压与入射光的频率有关．入射光的频率不变，遏止电压不变，入射光的频率改变，遏止电压改变．这表明光电子的能量只与入射光的频率有关．
②截止频率：能使某种金属发生光电效应的入射光的最小频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的截止频率．
③逸出功：电子从金属中挣脱出来，要克服金属表面层的一种力做功，电子脱离某种金属所需做功的最小值叫作这种金属的逸出功．不同金属的逸出功不同．
三、爱因斯坦的光电效应理论
1．光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，其中h为普朗克常量．这些能量子后来称为光子．
2．爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.
(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能Ek.
(3)Uc与ν、W0的关系
①表达式：Uc＝??????????????0????.
②图像：Uc－ν图像是一条斜率为?????的直线
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3．光子说对光电效应的解释
(1)饱和电流与光照强度的关系：同种频率的光，光照强度越大，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和电流越大．
(2)存在截止频率和遏止电压：
①由爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光强无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光强无关．
②若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>????0?＝νc，而νc＝????0?恰好是光电效应的截止频率．
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例题
1.（2021高二下·东莞月考）氢原子的能级如图所示。氢原子从n＝4能级向低能级跃迁所放出的光子，能使某金属产生光电效应，下列判断正确的是（?? ）
例题
A.?氢原子辐射出光子后，氢原子能量变大
B.?从n＝4能级到n＝3能级放出的光子波长最小
C.?该金属的逸出功不超过12.75 eV
D.?氢原子处于不同能级时，其核外电子在各处出现的概率是一样的
参考答案
【答案】 C
【考点】玻尔原子理论
【解析】【解答】A．氢原子发生跃迁，辐射出光子后，氢原子能量变小，A不符合题意；
B．从n＝4能级到n＝3能级放出的光子能量最小，波长最长，B不符合题意；
C．由n=4向n=1能级跃迁时辐射的光子能量最大为13.6-0.85eV=12.75eV，所以金属的逸出功不超过12.75 eV，C符合题意；
D．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，D不符合题意。
故答案为：C。
例题
2.（2020·临汾模拟）氢原子的核外电子从n=2的能级跃迁到n=1的能级时，发出的光恰好能使某种金属发生光电效应，则下列各种说法中正确的是（? ）
A.?该光是氢原子所有可能发出的光中能量最大的
B.?氢原子中由高能级跃迁到n=2的能级时发出的光可能使该金属发生光电效应
C.?该金属发生光电效应产生的光电子的最大能量恰好等于氢原子从n=2的能级跃迁到n=1的能级所放出光子的能量
D.?氢原子从n=2的能级跃迁到n=1的能级所放出光子的能量等于该金属的逸出功
【答案】 D
【考点】玻尔原子理论
【解析】【解答】A．氢原子从n=2的能级跃迁到n=1的能级，所放出光子的能量是所有相邻能级间跃迁时能量最大的，但小于其他能级跃迁到n=1的能级时所放出的光子的能量，A不符合题意；
B．氢原子从高能级跃迁到n=2的能级所放出的光子的能量都小于从n=2的能级跃迁到n=1的能级所放出的光子的能量，不会使金属发生光电效应，B不符合题意；
参考答案
C．恰好发生光电效应，说明光电子的最大初动能为零，C不符合题意；
D．恰好发生光电效应，说明光子的能量等于金属的逸出功，D符合题意。
故答案为：D。
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