光電效應人教版【知識架構+對點訓練】 高二物理備課精研提升

4.2光電效應基礎導學要點一、光電效應（一）光電效應的實驗規(guī)律1．光電效應：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象。2．光電子：光電效應中發(fā)射出來的電子。3光電效應的實驗規(guī)律(1)存在截止頻率：當入射光的頻率低于截止頻率時不(填“能”或“不”)發(fā)生光電效應；(2)存在飽和電流：在光的頻率不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大；(3)存在遏止電壓：使光電流減小到0的反向電壓Uc，且滿足eq\f(1,2)mevc2＝eUc；(4)光電效應具有瞬時性：光電效應幾乎是瞬時發(fā)生的。（二）光電效應經(jīng)典解釋中的疑難1．逸出功：使電子脫離某種金屬，外界對它做功的最小值，用W0表示。不同種類的金屬，其逸出功的大小不相同(填“相同”或“不相同”)。2．光電效應經(jīng)典解釋(1)不應存在截止頻率；(2)遏止電壓Uc應該與光的強弱有關；(3)電子獲得逸出表面所需的能量需要的時間遠遠大于實驗中產(chǎn)生光電流的時間；（三）愛因斯坦的光電效應理論1．光子：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν，其中h為普朗克常量，這些能量子后來稱為光子。2．愛因斯坦光電效應方程(1)表達式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0，(2)物理意義：金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是hν，在這些能量中，一部分大小為W0的能量被電子用來脫離金屬，剩下的是逸出后電子的初動能Ek。(3)Uc與ν、W0的關系①表達式：Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)；②圖像：Uc－ν圖像是一條斜率為eq\f(h,e)的直線。要點二、康普頓效應光的波粒二象性（一）康普頓效應和光子的動量1．康普頓效應：在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有波長大于λ0的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應。2．光子的動量(1)表達式：p＝eq\f(h,λ).(2)說明：在康普頓效應中，當入射的光子與晶體中的電子碰撞時，要把一部分動量轉移給電子，光子的動量可能變?。虼耍行┕庾由⑸浜蟛ㄩL變大。（二）光的波粒二象性光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象表明光具有波動性，光電效應和康普頓效應表明光具有粒子性，光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。要點突破突破一：光電效應1．光電效應的實驗規(guī)律(1)任何一種金屬都有一個截止頻率，入射光的頻率必須大于等于這個截止頻率才能發(fā)生光電效應，低于這個截止頻率則不能發(fā)生光電效應。(2)發(fā)生光電效應時，光電子的最大初動能與入射光的強度無關，隨入射光頻率的增大而增大。(3)大于截止頻率的光照射金屬時，光電流(反映單位時間內(nèi)發(fā)射出的光電子數(shù)的多少)與入射光強度成正比。(4)光電效應的發(fā)生幾乎是瞬時的，產(chǎn)生電流的時間不超過10－9s。2．光電效應實驗相關概念的理解(1)光電子：光電效應中發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)還是電子。(2)飽和電流金屬板飛出的光電子到達陽極，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，這個飽和值是飽和電流，在一定條件下，飽和電流與所加電壓大小無關，只與入射光的強度有關。入射光越強，飽和電流越大。即：入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。(3)遏止電壓截止頻率逸出功①遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓．用符號Uc表示．計算方法：－eUc＝0－Ek遏止電壓與入射光的頻率有關．入射光的頻率不變，遏止電壓不變，入射光的頻率改變，遏止電壓改變．這表明光電子的能量只與入射光的頻率有關。②截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應的入射光的最小頻率叫作該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)．不同的金屬對應著不同的截止頻率。③逸出功：電子從金屬中掙脫出來，要克服金屬表面層的一種力做功，電子脫離某種金屬所需做功的最小值叫作這種金屬的逸出功，不同金屬的逸出功不同。3.光電效應方程Ek（1）方程中的Ek是光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時剩余動能大小可以是0～（2）光電效應方程實質(zhì)上是能量守恒方程。能量為E=hν的光子被電子吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引，另一部分就是電子離開金屬表面時的動能。如果克服吸引力做功最少為W0，則電子離開金屬表面時動能最大為E（3）光電效應方程包含了產(chǎn)生光電效應的條件。若發(fā)生光電效應，則光電子的最大初動能必須大于零，即Ek=hν-W0>04、光電效應幾種圖像的對比圖像名稱圖線形狀由圖線直接（間接）得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率ν①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標ν②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值W0=|-顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關系①遏止電壓Uc②飽和電流：電流的最大值③最大初動能：E顏色不同時，光電流與電壓的關系①遏止電壓Uc?②飽和電流③最大初動能Ek?遏止電壓Uc與入射光頻率ν①極限頻率νc②遏止電壓Uc③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h=5、光電效應規(guī)律中的兩條線索、兩個關系（1）兩條線索（2）兩個關系光強→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動能大。6、光電效應與經(jīng)典電磁理論的矛盾按光的電磁理論，應有：(1)不存在截止頻率，任何頻率的光都能產(chǎn)生光電效應；(2)光越強，光電子的初動能越大，遏止電壓與光的強弱有關；(3)在光很弱時，放出電子的時間應遠大于10－9s；顯然這三條與光電效應的實驗規(guī)律相矛盾。突破二：愛因斯坦的光電效應理論1．光子說：光子說的提出說明了光是由光子組成的，光子的能量ε＝hν，決定于光的頻率，光的強度與光子的數(shù)目有關，在頻率一定的情況下，光越強，單位時間內(nèi)單位面積上的光子數(shù)越多。2．光電效應方程：Ek＝hν－W0(1)式中的Ek是光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時剩余動能大小可以是0～Ek范圍內(nèi)的任何數(shù)值；(2)光電效應方程實質(zhì)上是能量守恒方程；①能量為ε＝hν的光子被電子吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引，另一部分就是電子離開金屬表面時的初動能；②如要克服吸引力做功最少為W0，則電子離開金屬表面時動能最大為Ek，根據(jù)能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0；3．光子說對光電效應的解釋(1)飽和電流與光照強度的關系：同種頻率的光，光照強度越大，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；(2)存在截止頻率和遏止電壓：①由愛因斯坦光電效應方程知，光電子的最大初動能與入射光頻率有關，與光強無關，所以遏止電壓由入射光頻率決定，與光強無關；②若發(fā)生光電效應，則光電子的最大初動能必須大于零，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>eq\f(W0,h)＝νc，而νc＝eq\f(W0,h)恰好是光電效應的截止頻率；突破三：康普頓效應光的波粒二象性（一）康普頓效應的意義：康普頓效應進一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性。（二）光的波粒二象性1．光的波動性實驗基礎：光的干涉和衍射。2．光的粒子性(1)實驗基礎：光電效應、康普頓效應；(2)表現(xiàn)：①當光同物質(zhì)發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)；②少量或個別光子容易顯示出光的粒子性。1.光本性學說的發(fā)展簡史學說名稱微粒說波動說電磁說光子說波粒二象性代表人物牛頓惠更斯麥克斯韋愛因斯坦—實驗依據(jù)光的直線傳播、光的反射光的干涉、衍射能在真空中傳播，是橫波，光速等于電磁波的速度光電效應、康普頓效應光既有波動現(xiàn)象，又有粒子特征內(nèi)容要點光是一群彈性粒子光是一種機械波光是一種電磁波光是由一份一份光子組成的光是具有電磁本性的物質(zhì)，既有波動性，又有粒子性2.對光的波粒二象性的理解項目實驗基礎表現(xiàn)說明光的波動性干涉和衍射（1）光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小可用波動規(guī)律來描述（2）足夠能量的光在傳播時，表現(xiàn)出波的性質(zhì)（1）光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的（2）光的波動性不同于宏觀觀念的波光的粒子性光電效應、康普頓效應（1）當光同物質(zhì)發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)（2）少量或個別光子容易顯示出光的粒子性（1）粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份”的（2）光子不同于宏觀觀念的粒子典例精析題型一：光電效應例一．如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應探究，顏色相同的a、b兩束光分別照射1、2兩種材料，光電流I隨電壓U變化關系如圖所示，則下列說法正確的是（）

A．a(chǎn)、b光的頻率 B．a(chǎn)、b兩光的光照強度相同C．光電子的最大初動能 D．材料1、2的截止頻率變式遷移1：關于能量，下列說法不正確的是（）A．普朗克提出“振動者的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍”，從而建立了“能量量子化”觀點B．我們周圍的一切物體都在以電磁波的形式向外輻射能量，這種輻射與溫度無關C．愛因斯坦指出“光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的，而且光本身就是由一個不可分割的能量子組成的”D．能量耗散是指耗散在環(huán)境中的內(nèi)能很難被人類利用，并不違背能量守恒定律題型二：康普頓效應光的波粒二象性例二．下列說法正確的是（）A．平均速度、瞬時速度和加速度等描述運動所需的概念是伽利略首先建立的B．牛頓在前人研究的基礎上發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，并“稱”出了地球的質(zhì)量C．光電效應現(xiàn)象由愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，并對其做出了正確的解釋D．光電效應揭示了光的粒子性，證明了光子除了能量之外還具有動量變式遷移2：光子打在處于靜止狀態(tài)的電子上，光子將偏離原來的方向而發(fā)生散射，康普頓對散射的解釋為（）A．雖然改變原來的運動方向，但頻率保持不變B．由于電子受碰撞后得到動量，散射后的光子頻率低于入射光的頻率C．入射光引起物質(zhì)內(nèi)電子做受迫振動，而從入射光中吸收能量后再釋放，釋放出的散射光頻率不變D．光子從電子處獲得能量，因而頻率增大強化訓練選擇題1、如圖所示，用頻率為和的甲、乙兩種光分別照射同一光電管，對應的遏止電壓分別為U1和U2.已知，則（）A．遏止電壓B．用甲、乙光分別照射時，金屬的截止頻率不同C．增加乙光的強度，遏止電壓U2變大D．滑動變阻器滑片P移至最左端，電流表示數(shù)不為零2、為了將SI單位中的7個基本單位全部建立在不變的自然常數(shù)基礎上，2018年11月16日，第26屆國際計量大會通過投票，自2019年5月20日起，千克將基于普朗克常數(shù)定義，即。由所學知識，可以推斷出a、b的數(shù)值分別為（）A． B． C． D．3、下列說法不正確的是（）A．只有溫度高的物體才會有熱輻射B．黑體可以向外界輻射能量C．黑體也可以看起來很明亮，是因為黑體也可以有較強的輻射D．普朗克引入能量子的概念得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學的新紀元4、2015年中國發(fā)射衛(wèi)星“悟空”，用來探測暗物質(zhì)粒子和黑洞。黑洞是黑體的一種，關于黑體，下列說法正確的是（）A．外表面涂成黑色的物體就是黑體B．黑體能夠反射各種波長的電磁波，但不會輻射電磁波C．在空腔壁上開一個很小的孔，射入孔的電磁波最終不能從空腔射出，這個帶小孔的空腔就成了黑體D．玻爾為得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，提出了能量子的假說5、下列說法不正確的是（）A．普朗克提出能量子的概念B．麥克斯韋預言并證實了電磁波的存在C．電磁波是一種物質(zhì)，可以在真空中傳播D．變化的電場周圍一定產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍一定產(chǎn)生電場6、電磁波在日常生活和生產(chǎn)中已經(jīng)被大量應用，下列有關電磁波的說法正確的是（）A．微波比可見光的波長大B．麥克斯韋證實了電磁波的存在C．變化的電場周圍一定產(chǎn)生電磁波D．黑體輻射電磁波的強度與溫度無關7、如圖甲所示，陰極K和陽極A是密封在真空玻璃管中的兩個電極，陰極K在受到光照時能夠發(fā)射光電子。陰極K與陽極A之間電壓U的大小可以調(diào)整，電源的正負極也可以對調(diào)。閉合開關后，陽極A吸收陰極K發(fā)出的光電子，在電路中形成光電流?，F(xiàn)分別用藍光、弱黃光、強黃光照射陰極K，形成的光電流與電壓的關系圖像如圖乙示，圖中a、b、c光依次為（）A．藍光、弱黃光、強黃光 B．弱黃光、藍光、強黃光C．強黃光、藍光、弱黃光 D．藍光、強黃光、弱黃光8、（2021甘肅金昌一中高三月考）如圖所示為用光電管研究光電效應實驗的電路圖，現(xiàn)用頻率為ν1的光照射陰極K，電流表中有電流通過，電路中的滑動變阻器的滑動觸頭為P。下列說法正確的是A.當P移動到a端時，電流表中一定無電流通過B.P向b端滑動的過程，電流表示數(shù)可能不變C.改用頻率小于ν1的光照射，電流表中一定有電流通過D.改用頻率大于ν9、在研究光電效應現(xiàn)象時，先后用兩種不同色光照射同一光電管，所得的光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關系曲線如圖所示，下列說法正確的是()A.色光乙的頻率小、光強大B.色光乙的頻率大、光強大C.若色光乙的強度減為原來的一半，無論電壓多大，色光乙產(chǎn)生的光電流一定比色光甲產(chǎn)生的光電流小D.若另一光電管所加的正向電壓不變，色光甲能產(chǎn)生光電流，則色光乙一定能產(chǎn)生光電流10、某氦氖激光器發(fā)光的功率為P，發(fā)射頻率為的單色光，真空中光速為c，下列說法正確的是（）A．激光器每秒發(fā)射的光子數(shù)為B．每個光子的能量為C．該單色光在真空中的波長為D．單色光從空氣進入水中后波長變大