第2節(jié)光電效應(yīng)與光的量子說

核心要點突破課堂互動講練第2節(jié)課前自主學(xué)案課標(biāo)定位理解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。理解愛因斯坦的光子說及其對光電效應(yīng)的解釋。了解光電效應(yīng)方程，并會用來解決簡單問題．課標(biāo)定位課前自主學(xué)案一、光電效應(yīng)、光的波動說的困難1．定義：光照射在金屬表面上時，金屬中的電子因吸收光的能量而逸出金屬表面的現(xiàn)象．2．光電效應(yīng)的特征(1)任何金屬均存在截止頻率(極限頻率)，只有________截止頻率，才能引起光電效應(yīng)．(2)發(fā)生光電效應(yīng)時，光電流的大小由______決定，______越大，光電流越大．超過光強光強(3)光電子的最大初動能與入射光的頻率成_____關(guān)系．(4)光電效應(yīng)具有瞬時性，發(fā)生時間不超過10－9s.3．光的波動說無法解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象．線性二、光量子概念的提出、光電效應(yīng)方程1．光子說：愛因斯坦提出，在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光量子，簡稱_______2．光子的能量ε＝hν，其中ν指光的______光電效應(yīng)顯示了光的_______3．光電效應(yīng)方程：______________4．光的量子說能很好地解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象．光子．頻率粒子性．hν＝mv2＋W普朗克認(rèn)為能量是量子化的，為什么我們感覺不到宏觀物體的量子化特征？提示：對于宏觀物體，因為普朗克常量h非常小，可認(rèn)為趨近于零，量子化的特征顯示不出來．思考感悟核心要點突破一、光電效應(yīng)中幾個易混淆的概念1．光子與光電子光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電，光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子，帶負(fù)電，光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果．2．光電子的動能與光電子的最大初動能光照射到金屬表面時，電子吸收光子的能量，可能向各個方向運動，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時，只需克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動能．3．光電流和飽和光電流金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)．4．入射光強度與光子能量入射光強度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，光子能量即每個光子的能量．光子總能量等于光子能量與入射光子數(shù)的乘積．

特別提醒：(1)光電效應(yīng)中的光包括不可見光．(2)光電效應(yīng)的實質(zhì)：光現(xiàn)象―→電現(xiàn)象．即時應(yīng)用

(即時突破，小試牛刀)1．關(guān)于光子和光電子，以下說法正確的是(

)A．光子就是光電子B．光電子是金屬中電子吸收光子后飛離金屬表面產(chǎn)生的C．真空中光子和光電子速度都是cD．光子和光電子都帶負(fù)電解析：選B.光子是能量粒子，不會靜止下來，光電子是電子，是實物粒子，可靜止，可運動，光電子是金屬吸收光子后發(fā)射出的電子，光子不帶電，真空中速度等于光速c，而電子帶負(fù)電，真空中亦可靜止，故B正確，A、C、D錯誤．二、光電效應(yīng)與經(jīng)典電磁理論的矛盾1．矛盾之一：遏止電壓由入射光頻率決定與光強無關(guān)按照光的經(jīng)典電磁理論，光越強，光電子的初動能應(yīng)該越大，所以遏止電壓應(yīng)與光的強弱有關(guān)，而實驗表明：遏止電壓由入射光頻率決定，與光強無關(guān)．2．矛盾之二：存在截止頻率按照光的經(jīng)典電磁理論，不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可獲得足夠能量從而逸出金屬表面，不應(yīng)存在截止頻率．而實驗表明：不同金屬有不同的截止頻率，入射光頻率大于截止頻率時才會發(fā)生光電效應(yīng)．3．矛盾之三：效應(yīng)具有瞬時性按照光的經(jīng)典電磁理論，如果光很弱，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出金屬表面所需的能量．而實驗表明：無論入射光怎樣微弱，光電效應(yīng)幾乎是瞬時的．即時應(yīng)用

(即時突破，小試牛刀)2．光電效應(yīng)的規(guī)律中，經(jīng)典波動說能解釋的有(

)A．入射光的頻率必須大于被照射金屬的極限頻率時才能產(chǎn)生光電效應(yīng)B．光電子的最大初動能與入射光強度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大C．入射光照射到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10－9sD．當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)目與入射光強度成正比答案：D三、光子說對光電效應(yīng)的解釋1．飽和光電流與光強的關(guān)系光越強，包含的光子數(shù)越多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子越多，因而飽和電流越大．所以，入射光頻率一定時，飽和電流與光強成正比．2．存在截止頻率和遏止電壓愛因斯坦的光電效應(yīng)方程表明光電子的初動能與入射光頻率成線性關(guān)系，與光強無關(guān)，所以遏止電壓由入射光頻率決定，與光強無關(guān)．光電效應(yīng)方程同時表明，只有hν>W0時，才有光電子逸出，3．效應(yīng)具有瞬時性電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，所以光電流幾乎是瞬時發(fā)生的．

特別提醒：解釋光電效應(yīng)時，應(yīng)從以下兩點進(jìn)行把握：(1)照射光頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)以及光電子的最大初動能；(2)照射光強度決定著單位時間內(nèi)發(fā)射出來的光電子數(shù)．即時應(yīng)用

(即時突破，小試牛刀)3．入射光照到某金屬表面發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，則下列說法中正確的是(

)A．從光照射到金屬表面上到金屬發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B．逸出的光電子的最大初動能減少C．單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少D．有可能不發(fā)生光電效應(yīng)答案：C課堂互動講練類型一光電效應(yīng)的實驗規(guī)律(2011年高考廣東理綜卷)光電效應(yīng)實驗中，下列表述正確的是(

)A．光照時間越長光電流越大B．入射光足夠強就可以有光電流C．遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)D．入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子例1【精講精析】在光電效應(yīng)中，若照射光的頻率小于極限頻率，無論光照時間多長，光照強度多大，都無光電流，當(dāng)照射光的頻率大于極限頻率時，立刻有光電子產(chǎn)生，時間間隔很小，故A、B錯誤，D正確．由－eU＝0－Ek，Ek＝hν－W，可知U＝(hν－W)/e，即遏止電壓與入射光頻率ν有關(guān)．【答案】

CD變式訓(xùn)練1下列光子說解釋光電效應(yīng)規(guī)律的說法中，正確的有(

)A．存在極限頻率是因為各種金屬都有一定的逸出功B．光的頻率越高，電子得到光子的能量越大，逸出后飛離金屬的最大初動能越大C．電子吸收光子的能量后動能立即增加，成為光電子不需要時間D．光的強度越大，單位時間內(nèi)入射光子數(shù)越多，光電子數(shù)越多，光電流越大解析：選ABD.由于各種金屬都有一定的逸出功，因此光照射金屬時電子不一定逸出，所以存在極限頻率，A選項正確；光的頻率越高，電子得到的光子的能量越大，克服逸出功后飛離金屬的最大初動能越大，B選項正確；電子吸收光子的能量后不一定逸出，也不一定成為光電子，C選項錯誤；產(chǎn)生光電效應(yīng)后，光的強度越大，產(chǎn)生光電效應(yīng)的電子越多，逸出的光電子也就越多，光電流也就越大，D選項正確．類型二光電效應(yīng)方程的應(yīng)用

在做光電效應(yīng)的實驗時，某金屬被光照射發(fā)生了光電效應(yīng)，實驗測得光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖4－2－1所示，由實驗圖線可求出(

)A．該金屬的極限頻率和極限波長B．普朗克常量C．該金屬的逸出功D．單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)例2圖4－2－1【思路點撥】

由題目可知光電子的最大初動能與入射光頻率之間的關(guān)系圖像，解答本題可先由光電效應(yīng)方程寫出最大初動能與入射光頻率的關(guān)系式，再明確圖像的斜率、截距等的物理意義，進(jìn)而分析判斷．【自主解答】依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W可知，當(dāng)Ek＝0時，ν＝ν0，即圖像中橫坐標(biāo)的截距在數(shù)值上等于金屬的極限頻率．圖線的斜率k＝tanθ＝.可見圖線的斜率在數(shù)值上等于普朗克常量．據(jù)圖像，假設(shè)圖線的延長線與Ek軸的交點為C，其截距為W，有tanθ＝W/ν0.而tanθ＝h，所以W＝hν0.即圖像中縱坐標(biāo)軸的截距在數(shù)值上等于金屬的逸出功．【答案】

ABC變式訓(xùn)練2用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子的最大初動能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek－ν圖像．已知鎢的逸出功是3.28eV，鋅的逸出功是3.34eV，若將二者的圖線畫在同一個坐標(biāo)圖中，以實線表示鎢，虛線表示鋅，如圖4－2－2所示，能正確反映這一過程的圖像是(