学案学案 2 2 光子光子 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，h6.631034 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hmvW01 22max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1 22max9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.W0 h(2)遏止电压与光电子的最大初始动能的关系：eU0mv.1 22max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、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 109s.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，电子离开金属表面时最大初始动能为Ek，则根据能量守恒定律可知：EkhW0.2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EkhW00，亦即hW0，0，而0恰好是光电效应的极限频率W0 hW0 h图 23Ek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 3A用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转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 eV C2.5 eV D3.1 eV解析 由题意知光电子的最大初始动能为EkeU00.60 eV所以根据光电效应方程EkhW0可得W0hEk(2.50.6) eV1.9 eV答案 AError!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hW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1 2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，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 107sD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hh知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，故 Ac 错由EkhW0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 D4(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0，极限频率为0，则光速c00，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EkhW0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、c三束单色光，其波长关系为abc.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( )Aa光束照射时，不能发生光电效应Bc光束照射时，不能发生光电效应Ca光束照射时，释放出的光电子数目最多Dc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abc及波长、频率的关系知：三束单色光的频率关系为：abc.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