物理选择性必修 第三册第四章 原子结构和波粒二象性2 光电效应导学案

光电效应

【学习目标】

一、知识与技能

1．通过实验了解光电效应的实验规律。

2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。

3．了解康普顿效应，了解光子的动量。

4．了解光既具有波动性，又具有粒子性。

二、过程与方法

经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。

三、情感、态度与价值观

领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

【学习重点】

光电效应的实验规律。

【学习难点】

爱因斯坦光电效应方程以及意义。

【学习过程】

一、光电效应的实验规律

1．光电效应

（1）在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射_________的现象叫做光电效应。

（2）光电效应实验中，金属受光照射后从表面发射出来的电子叫____电子，实质上光电子是获得了光的能量的电子，并不是其它粒子。

2．光电效应的实验规律

（1）当入射光频率减小到某一数值c时，A、K极板间不加反向电压，电流也为0。

c称为____________或____________。这就是说，当入射光的频率________截止频率时无论光的强度多大，照射时间多长都不发生光电效应。

截止频率与________________的性质有关。

（2）光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。即存在____________。

理解：

频率不变，入射光越强，饱和电流________，单位时间内发射的光电子数越多。

（3）如果施加反向电压，也就是阴极接电源正极、阳极接电源负极，在光电管两极间形成使电子减速的电场，电流有可能为0。使光电流减小到0的反向电压Uc称为_________________。

，可以理解为：光电子克服电场力做功，到达A极板时速度刚好为零。

同一种金属，截止电压只与光的_________有关。

光电子的最大初动能只与入射光的____________有关，入射光的____________无关。

（4）即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的极限频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。

即光的照射和光电子的逸出几乎是_______________。

更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10-9秒（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。

对以上现象进行总结：

1．对于任何一种金属，都有一个____________，入射光的频率必须________这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；

2．当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流________；

3．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的______增大而增大；

4．入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是__________的，一般不超过10-9秒。

二、光电效应经典解释中的疑难

逸出功W0：________________________________________________________。

（1）矛盾之一：光的能量与___________有关，而不是由___________决定。这个问题曾使物理界大为困惑，使经典的光的波动理论面临挑战。

（2）矛盾之二：光电效应产生的时间极短，电子吸收光的能量是___________完成的，而不像波动理论所预计的那样可能。

三、爱因斯坦的光电效应理论

1．光子说：光不是_________的，而是一份一份的，每一份光叫一个光子，一个光子的能量为_________。

2．光电效应方程为______________________。

3．爱因斯坦对光电效应的解释

①光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。

②电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。

③从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系。

④从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极限频率：νc=_____________。

4．光电效应理论的验证

美国物理学家____________，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，ℎ的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。

四、康普顿效应和光子的动量

1．光的散射：光在介质中与____________相互作用，因而传播方向____________，这种现象叫做光的散射。

2．康普顿效应

在散射线中，除有与入射波长______________的射线外，还有波长比入射波长_______的射线，人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应。

五、光的波粒二象性

1．光在传播过程中表现出波动性，如_________、_________、________现象。

2．光在与物质发生作用时表现出粒子性，如_______________，_______________。

3．光具有_________性，又有_________性，即波粒二象性。

【练习巩固】

1．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时（    ）

A．锌板带正电，指针带负电

B．锌板带正电，指针带正电

C．锌板带负电，指针带正电

D．锌板带负电，指针带负电

答案：B

2．一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是（    ）

A．延长光照时间

B．增大光束的强度

C．换用红光照射

D．换用紫光照射

答案：D

3．关于光子说的基本内容有以下几点，不正确的是（    ）

A．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子

B．光是具有质量、能量和体积的物质微粒子

C．光子的能量跟它的频率成正比

D．光子客观并不存在，而是人为假设的

答案：B

4．能引起人的视觉感应的最小能量为10-18J，已知可见光的平均波长约为0.6μm，则进入人眼的光子数至少为________个，恰能引起人眼的感觉。

答案：3

5．关于光电效应下述说法中正确的是（    ）

A．光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大

B．只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应

C．在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关

D．任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应

答案：D