高中物理高中物理选修选修3-5粤教版粤教版第二章第二章波粒二象性波粒二象性第一节第一节光电效应光电效应目标定位目标定位1.知道光知道光电效效应现象，掌握光象，掌握光电效效应的的实验规律律.2.知道光知道光电流与光的流与光的强强度和光的度和光的频率之率之间的关系的关系.3.理解极理解极限限频率和遏止率和遏止电压的概念的概念一、光电效应与光电流一、光电效应与光电流1光电效应：金属在光的照射下光电效应：金属在光的照射下_的现象发射出的现象发射出来的电子叫做来的电子叫做_2光电管是利用光电管是利用_制成的一种常见的光电器件，它制成的一种常见的光电器件，它可以把可以把_转变成转变成_3光电流：光电管在光的照射下，阴极发出的光电子被阳极光电流：光电管在光的照射下，阴极发出的光电子被阳极收集，在回路中会形成收集，在回路中会形成_，称为光电流，称为光电流发射射电子子光光电子子光光电效效应光信号光信号电信号信号电流流二、光电流的变化二、光电流的变化在反向电压一定的情况下，光电流的变化与入射光的在反向电压一定的情况下，光电流的变化与入射光的_有关，与入射光的有关，与入射光的_无关，光源强度可以使光电管无关，光源强度可以使光电管_单位时间内发射的单位时间内发射的_数目变化数目变化三、极限频率三、极限频率在光在光电效效应中，只有当入射光中，只有当入射光频率大于某一率大于某一频率率_时，才，才会会产生光生光电流流0称称为极限极限频率，其率，其对应的波的波长称称为极限极限波波长，不同金属物，不同金属物质的极限的极限频率一般率一般_强强度度频率率光光电子子阴极阴极0不同不同四、遏止电压四、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向电压的增加而_，并且当反向电压达到某一数值时，并且当反向电压达到某一数值时，光电流将会减小到零，这时的电压称为遏止电压，用符号光电流将会减小到零，这时的电压称为遏止电压，用符号U0表示，光电子到达阳极要克服反向电场力做的功表示，光电子到达阳极要克服反向电场力做的功eU0eU0减小减小一、光电效应现象一、光电效应现象2光电效应中的光包括不可见光和可见光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，其本质还是电子光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子【例例1】一一验电器与器与锌板相板相连(如如图211所示所示)，用一紫外，用一紫外线灯照射灯照射锌板，关灯后，板，关灯后，验电器指器指针保持一定偏角保持一定偏角图图211(1)现用一用一带负电的金属小球与的金属小球与锌板接触，板接触，则验电器指器指针偏偏角将角将_(填填“增大增大”、“减小减小”或或“不不变”)(2)使使验电器指器指针回到零，再用相同回到零，再用相同强强度的度的钠灯灯发出的黄光照射出的黄光照射锌板，板，验电器指器指针无偏无偏转那么，若改用那么，若改用强强度更大的度更大的红外外线灯照射灯照射锌板，可板，可观察到察到验电器指器指针_(填填“有有”或或“无无”)偏偏转答案答案(1)减小减小(2)无无解析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，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，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，而红外线比黄光的频率还要低，的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外线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效应与入射光的强弱无关针对训练针对训练1(双选双选)光光电效效应实验的装置如的装置如图212所示，用所示，用弧光灯照射弧光灯照射锌板，板，验电器指器指针张开一个角度，开一个角度，则下列下列说法法中正确的是中正确的是()图图212A用紫外光照射用紫外光照射锌板，板，验电器指器指针会会发生偏生偏转B用用绿色光照射色光照射锌板，板，验电器指器指针会会发生偏生偏转C锌板板带的是的是负电荷荷D使使验电器指器指针发生偏生偏转的是正的是正电荷荷答案答案AD解析解析将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌，验电器指针张开一个角度，说明锌板带电，而且锌板带的是正电，这说明在紫外线照射下，板带电，而且锌板带的是正电，这说明在紫外线照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，于是带正电，A、D对，对，C错；绿光不能使锌板发生光电效错；绿光不能使锌板发生光电效应，应，B错错二、光电效应规律及其解释二、光电效应规律及其解释1每种金属都有一定的极限频率，当入射光的频率低于极限每种金属都有一定的极限频率，当入射光的频率低于极限频率时，不管入射光的强度多大、照射时间多长都不会产频率时，不管入射光的强度多大、照射时间多长都不会产生光电子，一旦入射光的频率超过极限频率，则不管光有生光电子，一旦入射光的频率超过极限频率，则不管光有多么弱都会产生光电效应，发出光电子多么弱都会产生光电效应，发出光电子2在发生光电效应的条件下，光电流的大小或单位时间内逸在发生光电效应的条件下，光电流的大小或单位时间内逸出的光电子数目由光的强度决定出的光电子数目由光的强度决定3光光电子的最大初子的最大初动能与入射光的能与入射光的强强度无关，只与入射光的度无关，只与入射光的频率有关率有关遏止遏止电压随光的随光的频率的增大而增大，与光的率的增大而增大，与光的强强度无关度无关4随着反向随着反向电压的增大，光的增大，光电流逐流逐渐减小，减小，说明金属中逸出明金属中逸出的光的光电子的初子的初动能是不同的，而光能是不同的，而光电子的最大初子的最大初动能与遏能与遏止止电压是是对应的的特别提醒特别提醒遏止电压只与入射光的频率有关，与入射光的遏止电压只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关强度无关【例例2】(单选单选)利用光利用光电管研究光管研究光电效效应实验如如图213所所示，用示，用频率率为的可的可见光照射阴极光照射阴极K，电流表中有流表中有电流通流通过，则()图图213A用紫外用紫外线照射，照射，电流表不一定有流表不一定有电流通流通过B用用红光照射，光照射，电流表一定无流表一定无电流通流通过C用用频率率为的可的可见光照射光照射K，当滑，当滑动变阻器的滑阻器的滑动触触头移移到到A端端时，电流表中一定无流表中一定无电流通流通过D用用频率率为的可的可见光照射光照射K，当滑，当滑动变阻器的滑阻器的滑动触触头向向B端滑端滑动时，电流表示数可能不流表示数可能不变答案答案D解析解析因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线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，选项照射时，电流表中一定有电流通过，选项A错误；因不知错误；因不知阴极阴极K的截止频率，所以用红光照射时，不一定发生光电的截止频率，所以用红光照射时，不一定发生光电效应，所以选项效应，所以选项B错误；即使错误；即使UAK0，电流表中也有电流，电流表中也有电流，所以选项所以选项C错误；当滑动触头向错误；当滑动触头向B端滑动时，端滑动时，UAK增大，阳增大，阳极极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电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子都到达阳极A时，电流达到最大，即饱和电流若在滑时，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，那么即使增大动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大UAK，光电，光电流也不会增大，所以选项流也不会增大，所以选项D正确正确针对训练针对训练2(单选单选)入射光照射到某金属表面上入射光照射到某金属表面上发生光生光电效效应，若入射光的若入射光的强强度减弱，而度减弱，而频率保持不率保持不变，那么，那么()A从光照至金属表面上到从光照至金属表面上到发射出光射出光电子之子之间的的时间间隔隔将明将明显增加增加B逸出的光逸出的光电子的最大初子的最大初动能将减小能将减小C单位位时间内从金属表面逸出的光内从金属表面逸出的光电子数目将减少子数目将减少D有可能不有可能不发生光生光电效效应答案答案C解析解析发生光电效应几乎是瞬时的，选项发生光电效应几乎是瞬时的，选项A错误；入射光错误；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，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误；错误；光电流随入射光强度的减小而减小，逸出的光电子数目也光电流随入射光强度的减小而减小，逸出的光电子数目也随入射光强度的减小而减少，故选项随入射光强度的减小而减少，故选项C正确；入射光照射正确；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，故选项生光电效应，故选项D错误错误三、经典电磁理论与光电效应的矛盾三、经典电磁理论与光电效应的矛盾在光的照射下，物体内部的电子受到电磁波的作用做受迫振动在光的照射下，物体内部的电子受到电磁波的作用做受迫振动.经典典电磁理磁理论的的结论实验事事实成功成功解解释的的现象象光越光越强强，电磁波的振幅越磁波的振幅越大，大，对电子的作用越子的作用越强强，电子振子振动越越厉害，害，电子越子越容易从物体内部逃逸出来容易从物体内部逃逸出来光越光越强强，光，光电流就越大流就越大矛盾矛盾之一之一无无论入射光入射光频率多大，只率多大，只要光足要光足够强强，电子就能子就能获得足得足够的能量逸出金属表的能量逸出金属表面面每一种金属都有一定的极每一种金属都有一定的极限限频率，当入射光率，当入射光频率低率低于极限于极限频率率时，无，无论光的光的强强度多大，照射度多大，照射时间多多长都不都不发生光生光电效效应矛盾矛盾之二之二电子的子的动能能应该由入射由入射光的能量即光光的能量即光强强决定决定光光电子的最大初子的最大初动能与入能与入射光的射光的强强度无关，与入射度无关，与入射光的光的频率有关率有关矛盾矛盾之三之三光的光的强强度足度足够大，大，电子子就能就能获得足得足够的能量，的能量，电子就能逸出金属表面，子就能逸出金属表面，电子能量增加子能量增加应该有一有一个个积累累过程，程，电子才能子才能逸出金属表面逸出金属表面若能若能发生光生光电效效应，即使，即使光很弱，也是瞬光很弱，也是瞬间发生的生的【例例3】(单选单选)在光在光电效效应的的规律中，律中，经典典电磁理磁理论能解能解释的有的有()A入射光的入射光的频率必率必须大于被照射金属的极限大于被照射金属的极限频率率时才能才能产生光生光电效效应B光光电子的最大初子的最大初动能与入射光能与入射光强强度无关，只随入射光度无关，只随入射光频率的增大而增大率的增大而增大C入射光照射到金属上入射光照射到金属上时，光，光电子的子的发射几乎是瞬射几乎是瞬时的，一般不超的，一般不超过109sD当入射光当入射光频率大于极限率大于极限频率率时，光，光电子数目随入射光子数目随入射光强强度的增大而增多度的增大而增多答案答案D解析解析由光电效应的实验规律与经典电磁理论的矛盾可知，由光电效应的实验规律与经典电磁理论的矛盾可知，只有只有D正确正确针对训练针对训练3(单选单选)如如图214所示所示为光光电管的使用原理管的使用原理图，已知有，已知有波波长为0的光照射到阴极的光照射到阴极K上上时，电路中有光路中有光电流，流，则()图图214A若有波若有波长为(0)的光照到阴极的光照到阴极K上，上，电路中一定没有路中一定没有光光电流流B用波用波长为0的光照射阴极的光照射阴极K，保持光，保持光电管两极管两极间电压不不变，增大增大该单色光的色光的强强度，度，则光光电流增大流增大C增加增加电路中路中电源源电压，电路中的光路中的光电流一定增大流一定增大D减弱波减弱波长为0的光的照射的光的照射强强度，度，则电路中的光路中的光电流减小，流减小，最最终会会为零零答案答案B解析解析通过本实验可知，电路中要有光电流，入射光需达通过本实验可知，电路中要有光电流，入射光需达到一定频率，低于这个频率便没有光电流产生，因此到一定频率，低于这个频率便没有光电流产生，因此A选选项中，项中，0一定有一定有0，故电路中一定有光电流，故，故电路中一定有光电流，故A错错误；由实验结论易知，误；由实验结论易知，B正确；若用某光照射时，使光电正确；若用某光照射时，使光电管发生光电效应，增大正向电压，开始光电流增大，正向管发生光电效应，增大正向电压，开始光电流增大，正向电压增大到某值时，可使从阴极逸出的光电子全部到达阳电压增大到某值时，可使从阴极逸出的光电子全部到达阳极，此时电路中的光电流达最大值，再增大电压，此后电极，此时电路中的光电流达最大值，再增大电压，此后电流不变，故流不变，故C错误；减弱入射光的强度，可使光电流减小，错误；减弱入射光的强度，可使光电流减小，但只要能发生光电效应，光电流就不可能减为零，但只要能发生光电效应，光电流就不可能减为零，D错误错误应选应选B.