粤教版 (2019)选择性必修 第三册第二节 光电效应方程及其意义导学案

这是一份粤教版 (2019)选择性必修 第三册第二节 光电效应方程及其意义导学案，共11页。

2．掌握爱因斯坦光电效应方程，能分析和计算与光电效应相关的问题，提高推理运算等思维能力．
3．通过体验普朗克、爱因斯坦的科学探究，学习他们的科学方法，体会科学对生活实际的指导，培养学习科学的兴趣．
知识点一 能量子假说
1．1900年，德国物理学家__________在对黑体辐射问题进行研究中，首先提出了__________．
2．能量子假说
物体热辐射所发出的电磁波的能量是__________，只能是hν的__________，hν被称为一个__________，其中ν为辐射__________．
3．普朗克常量
h是普朗克常量，大小为h＝__________．
4．量子化现象
在宏观世界里，一个物理量的取值通常是__________的；在微观世界里，物理量的取值常常是__________的，只能取一些分立的值，这种物理量分立取值的现象称为__________．
微观世界里的能量不连续的意思是能量只能是量子化的，即只能是能量子的整数倍，不能是任意值．
知识点二 光子假说
1．光子：光的能量是__________，而是一份一份的光量子，这些光量子后来被称为__________．
2．一个光子的能量为__________，式中h为普朗克常量，ν为光的频率．
光子的能量跟它的频率成正比，光子概念是量子思想的一次质的飞跃，使能量子有了可靠的例证：光子．
知识点三 光电效应方程
1．逸出功：发生光电效应时，使电子__________某种金属所做的功的__________，称为这种金属的__________．用符号__________表示．
2．光电效应方程
(1)表述：入射光子的能量等于出射光电子的__________与逸出功W0之和．
(2)表达式：__________，式中Ek＝12mvmax2
不同频率的光子能量不同，不同金属的逸出功也不同．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)光子和光电子都是实物粒子．( )
(2)使锌板发射出电子的光是弧光灯发出的紫光．( )
(3)无论光强多强，只要光的频率小于截止频率就不能产生光电效应．( )
(4)超过截止频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大．
( )
2．在如图所示的光电效应实验中，光电管阴极K的极限频率为ν0，现用频率为ν(ν>ν0)的光照射在阴极上，若在A、K之间加一数值为U的反向电压时，光电流恰好为零，则下列判断错误的是( )
A．阴极材料的逸出功等于hν0
B．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为eUc
C．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为hν－hν0
D．无光电子逸出，因为光电流为零
3．某种单色光的频率为ν，用它照射某种金属时，在逸出的光电子中动能最大值为Ek，则这种金属的逸出功和截止频率分别是( )
A．hν－Ek，ν－Ekh B．Ek－hν，ν＋Ekh
C．hν＋Ek，ν－hEkD．Ek＋hν，ν＋hEk
一个实验小组，做光电效应实验，得出如图所示的图像，试探究：由图像能得出什么信息？


对光电效应方程的理解与应用
1．光电效应方程Ek＝hν－W0的理解
(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．
能量为E＝hν的光子被电子所吸收，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．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．
(3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件．
若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν＞W0，ν＞W0h＝νc，而νc＝W0h恰好是光电效应的截止频率．
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．
光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大．
光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．
【典例1】 如图所示装置，阴极K用极限波长为λ0＝0.66 μm的金属制成．若闭合开关S，用波长为λ＝0.50 μm的绿光照射阴极，调整两极间的电压，使电流表的示数最大，最大示数为0.64 μA(已知普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，光速c＝3×108 m/s)．
(1)求阴极每秒发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能．
(2)如果将照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，求阴极每秒发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能．
[思路点拨] 饱和电流的值I与每秒内阴极发射的光电子数n的关系是I＝ne．光电子从阴极K飞出的最大初动能Ek＝hν－W0，光电子从阴极K飞向阳极时，还会被电场加速，使其动能进一步增大．截止波长即频率为截止频率的光的波长．
[听课记录]





光电效应方程的理解与应用
(1)由爱因斯坦光电效应方程hν＝Ek＋W0，得知Ek＝hν-W0，ν是频率，ν＝cλ，c为光速，λ为波长．
(2)逸出功W0一定，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能．
(3)入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数．
[跟进训练]
1．如图所示为研究光电效应的装置，当分别用波长为2λ、λ的单色光照射锌板时，从锌板表面逸出的光电子的最大初速度之比为1∶3，电流计的示数均不为零．已知光在真空中的传播速度为c，普朗克常量为h，则( )
A．锌板的逸出功为9hc16λ
B．锌板的极限频率为7c16λ
C．用波长为2λ的光照射锌板时，电流计的示数较大
D．用波长为2λ、λ的单色光分别照射锌板时，二者遏止电压之比为1∶3
光电效应的图像问题
1．Ek-ν曲线
如图所示为光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化曲线．由于Ek＝hν－W0，所以可知图线在横轴上的截距等于阴极金属的截止频率，在纵轴上的截距等于阴极金属的逸出功的负值，斜率表示普朗克常量．
(Ek＝hν－W0，Ek是ν的一次函数，不是正比例函数)
2．I-U曲线
如图所示为光电流大小I随光电管两极板间电压U的变化曲线．图中Im为饱和电流，由光照强度决定；Uc为遏止电压，由光电子的最大初动能决定12mvm2＝eUc，而光电子的最大初动能取决于入射光的频率和阴极金属的逸出功．
【典例2】 (多选)图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像，下列说法正确的是( )
A．由图线①③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大
B．由图线①②③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定
C．只要增大电压，光电流就会一直增大
D．不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应
[思路点拨] 入射光频率→遏止电压→光照强度→光电流
[听课记录]




(1)截止频率为νc的光照射金属对应逸出电子的最大初动能为零，逸出功W0＝hνc．
(2)某种金属的逸出功是一定值，随着入射光频率的增大，光电子的最大初动能增大，但光电子的最大初动能与入射光的频率不成正比．
[跟进训练]
2．爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释了光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示，其中νc为截止频率．从图中可以确定的是( )
A．逸出功与ν有关
B．Ekm与入射光强度成正比
C．当ν<νc时，会逸出光电子
D．图中直线的斜率与普朗克常量有关
1．已知普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，元电荷e＝1.60×10-19 C，如图所示为金属钙的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的图像，图像中νc约为( )
A．7.7×1014 Hz B．1.3×1015 Hz
C．2.1×1033 HzD．4.8×1033 Hz
2．(多选)美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图像，由此算出普朗克常量h，电子电荷量用e表示，下列说法正确的是( )
甲 乙
A．入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向M端移动
B．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大
C．由Uc-ν图像可知，这种金属的截止频率为νc
D．由Uc-ν图像可求出普朗克常量的表达式为h＝U1eν1-νc
3．如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为( )
A．1.9 eVB．0.6 eV
C．5 eVD．3.1 eV
4．在研究光电效应现象时，先后用两种不同色光照射同一光电管，所得的光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是( )
A．色光乙的频率小、光强大
B．色光乙的频率大、光强大
C．若色光乙的强度减为原来的一半，无论电压多大，色光乙产生的光电流一定比色光甲产生的光电流小
D．若另一光电管所加的正向电压不变，色光甲能产生光电流，则色光乙一定能产生光电流
5．一铜板暴露在波长λ＝ 200 nm的紫外光中，观测到有电子从铜板表面逸出．当在铜板所在空间加一方向垂直于板面、电场强度大小为15 V/m的电场时，电子能运动到距板面的最大距离为10 cm．已知光速c与普朗克常量h的乘积为1.24×10-6 eV·m，则铜板的截止波长为多少？





回归本节知识，自我完成以下问题：
1．什么是能量子假说？试写出普朗克常量的大小？
2．什么是逸出功？
3．写出光电效应方程的表述及其表达式？