人教版 (2019)選擇性必修 第三冊2 光電效應教學課件ppt

這是一份人教版 (2019)選擇性必修 第三冊2 光電效應教學課件ppt，共60頁。PPT課件主要包含了光電效應，目標體系構(gòu)建，思維脈絡，課前預習反饋，知識點1，反向電壓，最小值，光本身，知識點2，能量子等內(nèi)容，歡迎下載使用。
【學習目標】1．知道光電效應現(xiàn)象，了解光電效應的實驗規(guī)律。2．知道愛因斯坦的光子說及對光電效應的解釋，會用光電效應方程解決一些簡單問題。3．了光的波粒二象性。
1．光電效應定義照射到金屬表面的光，能使金屬中的________從表面逸出的現(xiàn)象。2．光電子光電效應中發(fā)射出來的________。
光電效應現(xiàn)象和實驗規(guī)律
3．光電效應的實驗規(guī)律(1)截止頻率：當入射光的頻率________到某一數(shù)值νc時，光電流消失，表面已經(jīng)沒有光電子了，νc稱為截止頻率。(2)存在著________電流。入射光強度一定，單位時間內(nèi)陰極K發(fā)射的光電子數(shù)________。入射光越強，飽和電流________，表明入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)________。(3)遏止電壓：施加反向電壓，使光電流減小到0的____________Uc稱為遏止電壓。(4)光電效應具有瞬時性：當頻率超過截止頻率νc時，光電效應幾乎是________發(fā)生的。
4．逸出功使電子________某種金屬所做功的__________，叫作這種金屬的逸出功，用W0表示，不同金屬的逸出功________。
1．光子說(1)內(nèi)容光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的，而且________就是由一個個不可分割的_________組成的，頻率為ν的光的能量子為________，這些能量子稱為光子。(2)光子能量公式為ε＝hν，其中ν指光的________。
愛因斯坦的光電效應理論
2．光電效應方程(1)對光電效應的說明在光電效應中，金屬中的電子吸收____________獲得的能量是________，其中一部分用來克服金屬的____________，另一部分為光電子的____________。(2)光電效應方程Ek＝____________。
3．對光電效應規(guī)律的解釋(1)光電子的最大初動能與入射光________有關(guān)，與光的________無關(guān)。只有當hν________時，才有光電子逸出。(2)電子__________吸收光子的全部能量，__________積累能量的時間。(3)對于同種顏色的光，光較強時，包含的__________較多，照射金屬時產(chǎn)生的__________較多，因而飽和電流較大。
說明：①光越強，包含的光子數(shù)越多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子就多，因而飽和電流大；②入射光的強度，指單位時間照射在金屬單位面積上的光子總能量，在入射光頻率不變的情況下，光強與光子數(shù)成正比；③單位時間內(nèi)發(fā)射出來的電子數(shù)由光強決定。
1．康普頓效應在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有波長________λ0的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應。2．光子的動量光子不僅具有能量，而且具有________，公式：p＝______。
康普頓效應和光子的動量
『判一判』(1)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應。(　　)(2)金屬表面是否發(fā)生光電效應與入射光的強弱有關(guān)。(　　)(3)入射光照射到金屬表面上時，光電子幾乎是瞬時發(fā)射的。(　　)(4)光子發(fā)生散射時，其動量大小發(fā)生變化，但光子的頻率不發(fā)生變化。(　　)(5)光子發(fā)生散射后，其波長變大。(　　)
『選一選』(多選)(2021·北京市臨川育人中學高二下學期期中)如圖所示，電路中所有元件完好，當光照射到光電管上時，靈敏電流計中沒有電流通過，可能的原因是(　 　)A．入射光強度較弱B．入射光波長太長C．光照射時間太短D．電源正負極接反
解析：光電管能否產(chǎn)生光電效應與入射光的強度、光照時間沒有關(guān)系，當入射光波長小于金屬的極限波長時，即入射光頻率大于金屬的極限頻率時，金屬才能產(chǎn)生光電效應，A、C錯誤；若入射光波長大于金屬的極限波長時，金屬不能產(chǎn)生光電效應，靈敏電流計中沒有電流通過，B正確；電源正負極接反時，光電管加上反向電壓，光電子做減速運動，可能到達不了陽極，電路中不能形成電流，D正確。
『想一想』如圖所示，把一塊鋅板連接在驗電器上，用紫外線燈照射鋅板，觀察到驗電器的指針發(fā)生了變化，這說明鋅板帶了電。你知道鋅板是怎樣帶上電的嗎？
答案：鋅板在紫外線燈的照射下發(fā)生了光電效應，發(fā)射出光電子，因此鋅板會顯示正電性，驗電器會因帶正電荷而使金屬箔片張開一定角度。
光電效應現(xiàn)象及其實驗規(guī)律
如圖所示的光電管電路中，用紫光照射光電管，靈敏電流計G指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，回答下列問題。
(1)用紫外線照射，靈敏電流計指針可能發(fā)生偏轉(zhuǎn)嗎？(2)光電效應中的光電子就是光子嗎？(3)增大紫光的光照強度可以使靈敏電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)嗎？(4)當用紫外線照射有光電子射出金屬，不斷增大電壓，靈敏電流計指針偏角會持續(xù)增大嗎？提示：(1)可能。發(fā)生光電效應取決于光照頻率。(2)不是，光電子與光子是兩回事，光電子是電子。(3)不能。(4)當電壓增大到一定值后光電流不會持續(xù)增加，達到飽和光電流，因此指針偏角不會持續(xù)增大。
1．光電效應現(xiàn)象存在遏止電壓和截止頻率，當所加電壓U為0時，電流I并不為0。只有施加反向電壓，也就是陰極接電源正極、陽極接電源負極，在光電管兩極間形成使電子減速的電場，電流才有可能為0。使光電流減小到0的反向電壓Uc稱為遏止電壓。遏止電壓的存在意味著光電子具有一定的初速度。
當光照射在金屬表面時有電子從金屬表面逸出，但并不是任何頻率的入射光都能引起光電效應。對于某種金屬材料，只有當入射光的頻率大于某一頻率νc時，電子才能從金屬表面逸出，形成光電流。當入射光的頻率小于νc時，即使不施加反向電壓也沒有光電流，這表明沒有光電子逸出，這一頻率νc稱為截止頻率或極限頻率。截止頻率與陰極材料有關(guān)，不同的金屬材料的νc一般不同。如果入射光的頻率ν小于截止頻率νc，那么，無論入射光的光強多大，都不能產(chǎn)生光電效應。
2．光電效應與經(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，與光的強弱無關(guān)按照光的經(jīng)典電磁理論，光越強，光電子的初動能應該越大，所以遏止電壓應與光的強弱有關(guān)，而實驗表明：遏止電壓由入射光的頻率決定，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，電子都可獲得足夠的能量從而逸出表面，不應存在截止頻率。而實驗表明：不同金屬有不同的截止頻率，入射光頻率大于遏止頻率時才會發(fā)生光電效應。(3)矛盾之三：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，光電效應幾乎是瞬時的。
　　　　　(2021·江蘇鹽城期末)如圖所示，閉合開關(guān)后，當光照射到光電管K極時，靈敏電流計指針沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，檢查電路沒有發(fā)現(xiàn)斷路情況，各元件也正常。發(fā)生這種情況可能的原因是(　　)A．電源電壓太高B．入射光波長太長C．入射光強度較弱D．光照射時間太短
解析：由圖可知，閉合開關(guān)后，電源提供的電壓為正向電壓，只要能發(fā)生光電效應，電路中就有電流，故A錯誤；若入射光波長太長，入射光的頻率可能會低于截止頻率，此時金屬不能產(chǎn)生光電效應，而能否產(chǎn)生光電效應與入射光的強度以及光照射的時間都無關(guān)，故B正確，C、D錯誤。
1．(2021·吉林長春東北師大附中段考)下列關(guān)于光電效應現(xiàn)象的表述中，錯誤的表述是(　　)A．光電效應是指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B．光電效應存在截止頻率C．照射光光強太弱時不可能發(fā)生光電效應D．光電效應幾乎是瞬時發(fā)生的
解析：光電效應是指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，A正確；根據(jù)光電效應的實驗規(guī)律可知，B、D正確；光電效應現(xiàn)象是否發(fā)生與入射光的強度無關(guān)，當入射光的頻率大于截止頻率時，就可以發(fā)生光電效應，C錯誤。
深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航標燈指引航道，如圖所示是一個航標燈自動控制電路的示意圖。電路中的光電管陰極K涂有可發(fā)生光電效應的金屬。下表反映的是各種金屬發(fā)生光電效應的極限頻率和極限波長，又知可見光的波長在400～770 nm(1 nm＝10－9 m)。
各種金屬發(fā)生光電效應的極限頻率和極限波長：
試分析：(1)光電管陰極K上應涂有哪種金屬？(2)控制電路中的開關(guān)S應接觸“a”還是“b”？
提示：(1)因為可見光的波長只小于銫的極限波長，所以光電管陰極K上應涂有金屬銫。(2)夜晚沒有光，不能發(fā)生光電效應，但是指示燈亮，知開關(guān)S與b端相連。
1．對光電效應方程的理解(1)光電子的動能方程Ek＝hν－W0中，Ek為光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時的動能大小可以是零到最大值范圍內(nèi)的任何數(shù)值。(2)方程實質(zhì)方程Ek＝hν－W0實質(zhì)上是能量守恒方程。
(4)截止頻率νc方程Ek＝hν－W0表明，光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率ν存在線性關(guān)系(如圖所示)，與光強無關(guān)。圖中橫軸上的截距是遏止頻率或極限頻率，縱軸上的截距是逸出功的負值，圖線的斜率為普朗克常量。
(5)逸出功方程Ek＝hν－W0中的逸出功W0為從金屬表面逸出的電子克服束縛而消耗的最少能量，不同金屬的逸出功是不同的。
2．光電效應規(guī)律中的兩條線索、兩個關(guān)系(1)兩條線索
(2)兩個關(guān)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。
3．光電效應幾種圖像的對比
(1)逸出功和截止頻率均由金屬本身決定，與其他因素無關(guān)。(2)光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大，但不是正比關(guān)系。
　　　　　(2020·云南省云天化中學高二春季開學試題)某金屬發(fā)生光電效應，光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖所示。
已知h為普朗克常量，e為電子電荷量的絕對值，結(jié)合圖像所給信息，下列說法正確的是(　　)
解題指導：(1)根據(jù)圖像可直接讀出極限頻率；(2)根據(jù)光電效應方程可分析入射光頻率、遏止電壓、金屬的逸出功和最大初動能之間的關(guān)系。
2．(2021·北京市昌平區(qū)高二月考)圖甲是光電效應的實驗裝置圖，圖乙是光電流與加在陽極A和陰極K上的電壓的關(guān)系圖像。
下列說法正確的是(　　)A．飽和電流的大小，由入射光的顏色決定B．只要增大電壓，光電流就會一直增大C．對某種確定的金屬，其遏止電壓只由入射光的頻率決定D．不論哪種顏色的入射光，只要光足夠強，就能發(fā)生光電效應
解析：通過圖像分析得出，飽和電流的大小，由入射光的強度決定，A錯誤；通過圖像分析得出，當達到飽和電流后，繼續(xù)增加電壓，電流不再增大，B錯誤；根據(jù)圖像分析得出，光電流為零時，eUc＝hν－W0，所以其遏止電壓只由入射光的頻率決定，C正確；只有當光的頻率高于截止頻率才能發(fā)生光電效應，與光強無關(guān)，D錯誤。
3．用如圖所示的裝置研究光電效應現(xiàn)象。當用光子能量為2.75 eV的光照射到光電管上時發(fā)生了光電效應，電流表G的示數(shù)不為零；移動變阻器的觸頭c，發(fā)現(xiàn)當電壓表的示數(shù)大于或等于1.7 V時，電流表示數(shù)為0，則下列說法正確的是　 　 　 (　 　)
A．光電子的最大初動能始終為1.05 eVB．光電管陰極的逸出功為1.05 eVC．當滑動觸頭向a端滑動時，反向電壓增大，電流增大D．改用能量為2.5 eV的光子照射，移動變阻器的觸頭c，電流表G中也可能有電流
解析：由愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0可知，同種金屬的逸出功相同，所以光電子逸出后的最大初動能取決于獲得的能量，A錯誤；當電壓表示數(shù)大于或等于1.7 V時，電流表無示數(shù)，說明遏止電壓為1.7 V，由eU＝Ek，Ek＝hν－W0，可求得光電管的逸出功為1.05 eV，B正確；若光的頻率不變，反向電壓大于遏止電壓后電路中就不再有電流，C錯誤；當入射光頻率超過截止頻率，且反向電壓小于遏止電壓，電路中就會有電流，D正確。
曾有一位記者向物理學家諾貝爾獎獲得者布拉格請教：光是波還是粒子？布拉格幽默地答道：“星期一、三、五它是一個波，星期二、四、六它是一個粒子，星期天物理學家休息?！蹦敲垂獾谋举|(zhì)到底是什么呢？關(guān)于光的本質(zhì)的認識有哪些學說？
?提示：光具有波粒二象性。①牛頓——微粒說；②托馬斯·楊和菲涅耳——波動說；③麥克斯韋——電磁說；④愛因斯坦——光子說；⑤光的波粒二象性。
1．光的波粒二象性的理解
2．光的波粒二象性(1)大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動性，比如干涉、衍射現(xiàn)象中，如果用強光照射，在光屏上立刻出現(xiàn)了干涉、衍射條紋，波動性體現(xiàn)了出來；個別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性，如果用微弱的光照射，在屏上就只能觀察到一些分布毫無規(guī)律的光點，粒子性得到充分體現(xiàn)；但是如果微弱的光在照射時間加長的情況下，在感光底片上的光點分布又會出現(xiàn)一定的規(guī)律性，傾向于干涉、衍射的分布規(guī)律。這些實驗，為人們認識光的波粒二象性提供了良好的依據(jù)。
(2)光子和電子、質(zhì)子等實物粒子一樣具有能量和動量，個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性，如光子與電子的作用是一份一份進行的，這些都體現(xiàn)了光的粒子性。(3)對不同頻率的光，頻率低、波長長的光，波動性特征顯著；而頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著。
　　　　　下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中，正確的是(　　)A．有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D．大量光子的行為往往顯示出粒子性解題指導：在宏觀現(xiàn)象中，波與粒子是對立的概念，而在微觀世界中，波與粒子可以統(tǒng)一。光具有波粒二象性是指光在傳播過程中和同其他物質(zhì)作用時分別表現(xiàn)出波和粒子的特性。
解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動性，光的有些行為(如光電效應)表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子。雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電子是實物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實物形式存在的物質(zhì)，光子是以場形式存在的物質(zhì)，所以，不能說光子與電子是同樣的一種粒子。
光的波粒二象性的理論和實驗表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性。光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，其光子能量越大，個別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應，所以其粒子性就很顯著，故選項C正確，A、B、D錯誤。
4．人類對光的本性認識的過程中先后進行了一系列實驗，如圖所示的四個示意圖所表示的實驗說明光具有波動性的是__________，說明光具有粒子性的是______。
解析：C為光電效應實驗，證明了光的粒子性；其余的三個實驗均證明了光的波動性。
光電效應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，其本質(zhì)是電子，光子是光電效應的因，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， 光子的能量全部被電子吸收，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，才具有最大初動能。光電子的初動能小于等于光電子的最大初動能。
3．光子的能量與入射光的強度光子的能量即每個光子的能量，其值為E＝hν(ν為光子的頻率)，其大小由光的頻率決定。入射光的強度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量；入射光的強度等于單位時間內(nèi)入射光子數(shù)與光子能量的乘積。4．光電流和飽和光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)。
　　　　用同一束單色光，在同一條件下，先后照射鋅片和銀片，都能產(chǎn)生光電效應，這兩個過程中，對下列四個量，一定相同的是______，可能相同的是______，一定不相同的是________。A．光子的能量B．金屬的逸出功C．光電子動能D．光電子最大初動能
解析：光子的能量由光的頻率決定，同一束單色光頻率相同，因而光子能量相同，逸出功等于電子脫離原子核束縛需要做的最小的功，因此只由材料決定，鋅片和銀片的逸出功一定不相同。由Ek＝hν－W，照射光子能量hν相同，逸出功W不同，則光電子最大初動能也不同，由于電子吸收光子后到達金屬表面的路徑不同，途中損失的能量也不同，因而脫離金屬時的動能可能分布在零到最大初動能之間，所以，兩個不同光電效應的光電子中，動能是可能相等的。
1．(2021·北京101中學高二月考)如圖所示，把一塊不帶電的鋅板用導線連接在驗電器上，當用某頻率的紫外線照射鋅板時，發(fā)現(xiàn)驗電器指針偏轉(zhuǎn)一定角度，
?下列說法正確的是(　　)A．驗電器帶正電，鋅板帶負電B．驗電器帶負電，鋅板也帶負電C．若改用紅光照射鋅板，驗電器的指針一定也會偏轉(zhuǎn)D．若改用同等強度頻率更高的紫外線照射鋅板，驗電器的指針也會偏轉(zhuǎn)
解析：用紫外線照射鋅板，鋅板失去電子帶正電，驗電器與鋅板連接，則驗電器帶正電，故AB錯誤；根據(jù)光電效應的條件可知若改用紅光照射鋅板，不一定能發(fā)生光電效應，所以驗電器的指針不一定會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，C錯誤；根據(jù)光電效應的條件可知發(fā)生光電效應與光的強度無關(guān)，若改用同等強度頻率更高的紫外線照射鋅板，驗電器的指針也會偏轉(zhuǎn)，D正確。
2．(多選)(2021·吉林省實驗中學高二月考)根據(jù)愛因斯坦“光子說”可知，下列說法錯誤的是(　　　)A．“光子說”本質(zhì)就是牛頓的“微粒說”B．光的波長越大，光子的能量越小C．一束單色光的能量可以連續(xù)變化D．只有光子數(shù)很多時，光才具有粒子性
3．(多選)(2020·山西省忻州市第一中學高二下學期期中)如圖所示，是研究光電效應的電路圖，對于某金屬用綠光照射時，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
則以下說法正確的是(　 　)A．將滑動變阻器滑動片向右移動，電流表的示數(shù)不一定增大B．如果改用紫光照射該金屬時，電流表無示數(shù)C．將K極換成逸出功小的金屬板，仍用相同的綠光照射時，電流表的示數(shù)一定增大D．將電源的正負極調(diào)換，仍用相同的綠光照射時，將滑動變阻器滑動片向右移動一些，電流表的讀數(shù)可能不為零