【创新设计】2014-2015学年高二物理鲁科版选修3-5课件：5.1 光电效应 (29张) [数理

高中物理·选修3-5·鲁科版第5章波与粒子第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，以及光电效应与电磁理论的矛盾.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.3.了解光电效应的应用．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，从金属表面逸出的电子叫做．预习导学光电效应光电子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，只有当光的频率这个最小频率时，才会产生光电效应；当光的频率这个最小频率时，即使增加光的或照射，也不能产生光电效应．(2)产生光电效应时，单位时间内逸出金属表面的电子数与有关；光的强度越大，单位时间内逸出的电子数．(3)从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔，通常可在10－9s内发生光电效应．预习导学极限频率大于或等于小于强度时间光的强度越多很短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．预习导学预习导学二、光电效应的理论解释1．光子说：光是由个数有限、分立于空间各点的组成，频率为ν的光子能量为.2．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：.(2)各量的意义：hν表示一个光子的，W表示金属的，12mv2表示光电子的．光子hνhν＝12mv2＋W能量逸出功最大初动能三、光电效应的应用1．光电开关：控制电路的或．2．光电成像：原理是利用光电效应将转化成，然后再将转化成．例如：红外线成像．3．光电池：硅半导体太阳电池．预习导学接通断开电信号电信号光信号光信号想一想怎样从能量守恒角度理解爱因斯坦光电效应方程？预习导学答案爱因斯坦光电效应方程中的hν是入射光子的能量，逸出功W是光电子飞出金属表面至少消耗的能量，12mv2是光子的最大初动能，因此爱因斯坦光电效应方程符合能量的转化与守恒定律.课堂讲义一、光电效应现象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．3．光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质是电子．课堂讲义【例1】一验电器与锌板相连(如图5－1－1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．(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________(填“增大”、“减小”或“不变”)．课堂讲义(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________(填“有”或“无”)偏转．答案(1)减小(2)无课堂讲义解析当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，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．课堂讲义二、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νc，入射光的频率必须大于或等于νc，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10－9s.课堂讲义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．课堂讲义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10－9s.课堂讲义【例2】利用光电管研究光电效应实验，如图5－1－2所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()图5－1－2课堂讲义A．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ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变答案D课堂讲义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UAK＝0，电流表中也有电流，所以选项C错误；当滑动触头向B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．课堂讲义针对训练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课堂讲义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．课堂讲义三、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E＝hν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：Ek＝hν－W0.课堂讲义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Ek＝hν－W00，亦即hνW0，νW0h＝νc，而νc＝W0h恰好是光电效应的极限频率．课堂讲义3．Ek­ν曲线如图5－1－3所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是极限频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．图5－1－3课堂讲义【例3】如图5－1－4所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV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0.60V时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为()A．1.9eVB．0.6eVC．2.5eVD．3.1eV图5－1－4课堂讲义答案A解析由题意知光电子的最大初动能为Ek＝eUc＝0.60eV，所以根据光电效应方程Ek＝hν－W0可得W0＝hν－Ek＝(2.5－0.6)eV＝1.9eV课堂讲义针对训练2如图5－1－5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ν的关系图象，由图象可知()图5－1－5课堂讲义A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E答案AB课堂讲义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ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，知当入射光的频率恰为该金属的极限频率ν0时，光电子的最大初动能Ek＝0，此时有hν0＝W0，即该金属的逸出功等于hν0，选项B正确；根据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A正确，而选项C、D错误．再见