高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第一节 光电效应完整版课件ppt

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了解电效应的规律及光电管的工作原理，知道并理解截止频率、遏止电压的概念。理解光电效应与光的电磁理论的矛盾。通过实验探究光电流的大小是否与入射光的强度及其频率有关，思考实验中令人奇怪的现象，尝试发现波动理论解释光电效应规律遇到的困难，并从中挖掘出有价值的信息进行猜想，体会科学探究的方法。
把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。这个现象说明了什么问题？
金属在光的照射下发射电子的现象称为光电效应，发射出来的电子称为光电子。
光电管的结构及其工作原理
光电子定向移动形成的电流叫光电流。深度理解: (1)光电效应的实质:光现象转化为电现象。 (2)使锌板发射电子的光是紫外线灯发出的紫外线。
1.光电效应实验(1)实验目的 研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色(频率)等物理量间的关系。(2)光电效应的实验装置 如图所示,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,阴极K在受到光照时能够发射电子。电源加在K与A之间的电压大小可以调整,正负极也可以对调,当电源按图示极性连接时,阳极A吸收阴极K发出的电子,在电路中形成光电流。
二、光电效应的实验规律
(2)光电效应的实验装置 如图所示,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,阴极K在受到光照时能够发射电子。电源加在K与A之间的电压大小可以调整,正负极也可以对调,当电源按图示极性连接时,阳极A吸收阴极K发出的电子,在电路中形成光电流。
光电效应实验原理示意图
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。
因为光照条件一定时，K发射的电子数目一定。
实验表明：入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。
(3)光电效应的实验结论
：使光电流减小到零的反向电压
+ + + + + +
一 一 一 一
加反向电压，如右图所示：
光电子作减速运动。若速率最大的记为vC
则I=0，式中UC为遏止电压
②存在遏止电压和截止频率
实验表明: 对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何,遏止电压是一样的. 光的频率 改变时，遏止电压也会改变。
实验结论：光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。
（1）饱和电流和入射光的强度的关系入射光越强，饱和电流越大。即饱和电流的大小和的强度成正比,也就是单位时间内逸出的光电子数目与入射光的强度成正比。
2.光电效应的实验规律
要点解读： ①光越强,包含的光子数越多,照射金属时产生的光电子就多,因而饱 和电流大; ②入射光的强度,指单位时间照射在金属单位面积上的光子总能量,在入射光频率不变的情况下,光强与光子数成正比; ③单位时间内发射出来的电子数由光强决定。
(2)光电子的最大初动能与入射光强度的关系光电子的最大初动能(或遏止电压)与入射光的强度无关,只与入射光的频率有关,频率越高,光电子的最大初动能越大。(3)光电效应的产生与入射光的频率和光强的关系 ①任何一种金属都有一个极限频率,入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应; ②频率低于v的入射光,无论光的强度多大照射时间多长都不能使光电子逸出。 入射光强度 入射光频率
发生光电效应时,单位时间内发射出来的光电子数
是否产生光电效应及发生光电效应时光电子的最大初动能
一、光电效应的实验规律
实验结果：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截止频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。
更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10－9 s（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。
结论：光电效应在极短的时间内完成。
(4)光电效应的瞬时性
思考与讨论：人们知道，金属中原子外层的电子会脱离原子而做无规则热运动，但在温度不很高时，电子并不能大量逸出金属表面，这是为什么呢？
说明金属表面存在一种力，阻碍电子的逃逸。电子要从金属中挣脱出来，必须获得一些能量，以克服这种阻碍。
1.不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可以获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。
3.如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需要几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于实验中产生光电流的时间。
三 经典电磁理论解释的困难
三、实验规律与经典物理解释的矛盾
1、饱和电流2、遏止电压3、截止频率4、具有瞬时性
1. 如图所示为研究光电效应的电路图。开关闭合后，当用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数。下列说法正确的是(　　）A.若只让滑片P向D端移动，则电流表的示数一定增大B.若只增加该单色光的强度，则电流表示数一定增大C.若改用波长小于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则阴极K的逸出功变大D.若改用波长大于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则电流表的示数一定为零
解析：A错：电路所加电压为正向电压，如果电流达到饱和电流，增加电压，电流也不会增大。B对：只增加单色光的强度，相同时间内逸出的光电子数增多，电流增大。C错：金属的逸出功只与阴极的材料有关，与入射光无关。D错：改用波长大于λ0 的光照射，虽然光子的能量变小，但也可能发生光电效应，可能有电流。
2.现用某一光电管进行光电效应实验，当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.保持入射光的光强不变，入射光的频率变高，饱和光电流变大C.保持入射光的光强不变，入射光的频率变低，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：A对：保持入射光的频率不变，饱和光电流与入射光的强度成正比。B错：保持入射光的光强不变，入射光的频率变高，则光子数变少，饱和光电流也减小。C错：根据光电效应的规律，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，所以入射光的频率变低，光电子的最大初动能变小。D错：如果入射光的频率小于截止频率，将不会发生光电效应，不会有光电流产生。提示：①若入射光的频率不变，增大光照强度时，单位时间内光的光子数增多；②若入射光的强度不变，光的频率变高，则单位时间内的光子数变少，但每个光子的能量变大。
3.［多选］在演示光电效应实验的过程中，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，则（　　）A.验电器的指针带正电B.验电器的指针带负电C.增大光的强度，逸出的光电子的最大初动能不变D.延长光照时间，逸出的光电子的最大初动能变大
提示：光照射锌板时，锌板中的光电子逸出，锌板带正电。
4．（多选）有关光电效应实验，下列说法正确的是（ ）在光颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大入射光越强，光电子的最大初动能越大，因而遏止电压越大不管入射光的频率如何，只要光足够强，就会有光电流产生当入射光频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，都会瞬间产生光电流
5．（多选）光电效应现象的规律中，经典波动理论不能解释的有（ ）入射光的频率必须大于被照金属的截止频率时才产生光电效应光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大入射光照射到金属表面上时，光电子的发射几乎是瞬时的当入射光频率大于截止频率时，光电子数目与入射光的强度成正比