2021学年第二节 光电效应方程及其意义背景图ppt课件

这是一份2021学年第二节 光电效应方程及其意义背景图ppt课件，共34页。PPT课件主要包含了发射电子，光电子，eUc，不连续，分立取值，爱因斯坦，Ek＋W0，逸出功，答案AD，答案AC等内容，欢迎下载使用。

(3)经典电磁理论解释的困难①无法解释_____频率的存在。②无法解释遏止电压只与入射光的______有关，与入射光的_____无关。2．判一判(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。( )(2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。( )(3)当频率超过截止频率νc时，入射光照射到金属表面上时，光电子几乎是瞬时发射的。( )
3．选一选当用一束紫外线照射锌板时，发生了光电效应，这时(　　)A．锌板带负电B．有正离子从锌板逸出C．有电子从锌板逸出D．锌板会吸附空气中的正离子解析：锌板在紫外线的照射下发生了光电效应，锌板上有电子逸出，所以锌板带正电，C正确，A、B、D错误。答案：C　
二、光电效应方程及其意义1．填一填(1)能量子假说：物体热辐射所发出的电磁波的能量是_______的，只能是___的整数倍。(2)普朗克常量：h＝________________。(3)量子化：物理量__________的现象。(4)光量子：__________指出，光的能量不是连续的，而是一份一份的光量子，后来被称为______。一个光子的能量ε＝_____。
6.63×10－34 J·s
2．判一判(1)看似连续的光实际上是由分立的光子组成的。( )(2)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。( )(3)光电子的最大初动能与入射光的强度有关。( )3．想一想不同频率的光照射到同一金属表面发生光电效应时，光电子的最大初动能是否相同？提示：由于同一金属的逸出功相同，而不同频率的光的光子能量不同，由光电效应方程可知，发生光电效应时，逸出的光电子的最大初动能是不同的。
探究(一)　　能量的量子化和光电效应[问题驱动]在第二十一届的高交会上，薛定谔计算机的现身让很多人都感到震撼，这是中国第一款数字“量子计算机”，薛定谔量子计算机在量子纠缠和量子测量误差方面处于领先地位。量子这个概念最早是谁提出来的？
提示：普朗克。　　　　
[重难释解]1．能量子和量子数(1)内涵：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，E＝nε，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子，n就是量子数。(2)特点：辐射或吸收能量时以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收，即只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。
2．能量子的能量公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。h＝6.63×10－34 J·s。3．能量子假说的意义(1)普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征，架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。
4．光电效应的五组概念(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果。(2)光电子的初动能与光电子的最大初动能。①光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能。②只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。
(3)光子的能量与入射光的强度：光子的能量即每个光子的能量，其值为ε＝hν (ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定。入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量hν与入射光子数n的乘积。即光强等于nhν。(4)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。(5)光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的。对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。
典例1 如图所示为一个真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014 Hz，则以下判断正确的是 (　　)A．无论用怎样频率的单色光照射光电管，只要照射足够的时间都能在电路中产生光电流B．用λ＝0.5 μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生C．发生光电效应后，增加照射光电管的入射光的频率，电路中的饱和光电流就一定增加D．发生光电效应后，增加电源电压，电路中的光电流一定增加
[解析]　入射光的频率小于极限频率时，无论照射多长时间也不能产生光电流，A错误；根据c＝λν，当λ＝0.5 μm时，ν＝6.0×1014 Hz，大于极限频率，能发生光电效应产生光电流，B正确；饱和光电流和入射光的频率无关，C错误；增加电源电压，光电流不一定增加，D错误。[答案]　B
光电效应规律的应用(1)入射光的频率相同，发生光电效应时光电子的最大初动能相同，故遏止电压相同。(2)光电流未达到饱和值之前，其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。
[素养训练]1．(多选)光电效应实验的装置如图所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下面说法中正确的是 (　　)A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用绿色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．使验电器指针发生偏转的是正电荷解析：用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电。在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电荷，选项A、D正确，C错误；绿光不一定能使锌板发生光电效应，B错误。
2．(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是 (　　)A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生解析：根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，选项A正确；由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，饱和光电流与入射光的强度有关，选项B错误，C正确；保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，选项D错误。
3．激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为1.0×1010 W，所发射的每个光脉冲持续的时间Δt＝1.0×10－11 s，波长为793.4 nm，问每列光脉冲的长度L是多少？其中含有光子数n是多少？
答案：3.0×10－3 m　3.99×1017个
探究(二)　　光电效应方程及应用[问题驱动]光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象，在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电。光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出。科学家们对光电效应的深入研究对发展量子理论起了根本性的作用。光电效应在现代科技中有哪些应用呢？提示：应用光电效应的产品有很多，主要是两个方面：太阳能电池和光电传感器，使用光电传感器的设备，常见的有：光控路灯、数码照相机、光敏电阻、二极管、三极管等。　　　　
[重难释解]1．对光电效应方程hν＝Ek＋W0的四点理解(1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值。(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程。①能量为ε＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能。②如果克服吸引力做功最少，为W0，则电子离开金属表面时动能最大，为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0。
2．光电效应规律中的两条线索、两个关系(1)两条线索(2)两个关系①光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；②光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
典例2　在研究光电效应实验中，光电管的阴极材料为铯(Cs)，用某一频率的光照射，实验测得光电流随电压变化的图像如图所示。已知铯的逸出功为3.0×10－19 J。(1)铯发生光电效应的极限频率是多少？(2)本次实验的入射光频率是多少？
[答案]　(1)4.52×1014 Hz　(2)1.06×1015 Hz
[迁移·发散]上述实验中，若用频率相同、强度不同的光分别照射光电管的阴极形成光电流，那么在下列光电流与电压的关系图像中，正确的是(　　)
[素养训练]1. 如图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，由图像可知，下列说法不正确的是 (　　)A．图线的斜率表示普朗克常量hB．该金属的逸出功等于EC．该金属的逸出功等于hν0D．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E
解析：根据光电效应方程Ek＝hν－W0，知图线的斜率表示普朗克常量h，故A正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，当ν＝0时，Ek＝－W0，由图像知纵轴截距－E，所以W0＝E，即该金属的逸出功等于E，故B正确；图线与横轴交点的横坐标是ν0，该金属的逸出功等于hν0，故C正确；当入射光的频率为2ν0时，根据光电效应方程可知，Ek＝h·2ν0－hν0＝E，故D错误。答案：D　
2．如图所示，阴极K用极限波长λ0＝0.66 μm的金属线制成，用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极K，调整两个极板电压，当A板电压比阴极高出2.5 V时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64 μA。求：(h＝6.63×10－34 J·s)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能；(2)如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍，每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能。
答案：(1)4.0×1012个　9.6×10－20 J(2)8.0×1012个　9.6×10－20 J
一、培养创新意识和创新思维(选自鲁科版新教材课后练习) 在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。若该直线的斜率和纵轴截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，试用上述物理量表示普朗克常量和所用材料的逸出功大小。
[答案]　ke　－be
二、注重学以致用和思维建模1．太阳辐射到地球表面单位面积的电磁波的功率P0约为1 400 W/m2。其中包含了各种波长的红外线、可见光、紫外线等，以可见光部分最强。为了研究方便，我们认为太阳光辐射到地球表面的电磁波全部是波长λ0约为600 nm(1 nm＝10－9 m)的可见光，每秒至少有5个这样的光子进入人眼才能引起视觉，人眼睛的瞳孔面积约为S0＝10 mm2，则人眼能看到的最远的与太阳相同的恒星与地球的距离R与日地距离r的比值约为(已知光速c＝3×108 m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)(　　)A．9×104　　　　　　　　　B．9×107C．9×1010 D．9×1014
2．(2021·天津南开区模拟)(多选)2018年10月，利用光的力量来操纵细胞的光镊技术发明者，美国物理学家阿瑟·阿什金获得诺贝尔物理学奖。原来光在接触物体后，会对物体产生力的作用，这个来自光的微小作用可以让微小的物体(如细胞)发生无损移动，这就是光镊技术。因此，在光镊系统中，光路的精细控制非常重要。对此下列说法正确的是 (　　)A．光镊技术说明了光具有粒子性B．红色激光光子动量大于绿色激光光子动量C．在同一玻璃透镜中，红色激光的速度相比绿色激光较大D．在光镊系统中，红色激光相比绿色激光更容易发生全反射