人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应导学案

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1.知道光电效应中截止频率的概念及光电效应与光的电磁理论的矛盾．
2．掌握爱因斯坦光电效应方程并会用它来解决简单问题．
3．了解康普顿效应及其意义．了解光的波粒二象性.
【任务1】 课前预习（10min）
一、光电效应及其实验规律
1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的 从表面逸出。这个现象称为光电效应。
2．光电子：光电效应中发射出来的 ，带 电。
3．光电效应的实验规律
(1)存在截止频率νc：当入射光的频率 截止频率时不发生光电效应。
不同金属的截止频率 。换句话说，截止频率与金属 有关。
(2)存在着 电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
(3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。
遏止电压的存在意味着光电子具有一定的 。同一种金属对于一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。
(4)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率νc时，无论入射光怎样微弱，照到金属时会 产生光电流。精确测量表明产生电流的时间很快，即光电效应几乎是 发生的。
4．逸出功：使电子脱离某种金属所做功的 。不同金属的逸出功 。
二、爱因斯坦的光电效应理论
1．光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子被称为 。
2．爱因斯坦的光电效应方程
(1)表达式：Ek＝ －W0。Ek为光电子的 。
(2)遏止电压物Uc与入射光频率ν的关系：Uc= 。
【任务2】 探究一、光电效应现象的理解(15min)
一验电器与锌板相连，如图所示，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角．试探究：
(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将怎样变化？
(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板可观察到验电器指针如何偏转？
[例1] 利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则( )
A．用紫外线照射，电流表中一定有电流通过
B．用红光照射，电流表中一定无电流通过
C．用红外线照射，电流表中一定无电流通过
D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过
【任务3】 探究二、光电效应方程和规律(15min)
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？
[例2] 用波长为λ的光照射金属的表面时，遏止电压为某个值；当光的波长改变为原波长的eq \f(1,n)后，已查明遏止电压必须增大到原值的η倍，试计算原入射光的波长λ.(已知该金属的逸出功为W0)
【任务4】 探究三、康普顿效应和光的波粒二象性(5min)
太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的，为什么？

[例3] (多选)关于光的粒子性、波动性和波粒二象性，下列说法正确的是( )
A．光子说的确立完全否定了波动说
B．光电效应说明光具有波动性
C．光的波动说和粒子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有其不能解释的实验现象
D．光的波粒二象性才是对光的本性的正确认识
达标检测(15min)
1．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，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
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
3．(多选)下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性
B．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著
C．光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性
D．光不可能同时具有波动性和粒子性
4．某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV，用波长为2.5×10－7 m的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3.0×108 m/s，元电荷为1.6×10－19 C，普朗克常量为6.63×10－34 J·s.求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是( )
A．5.3×1034 Hz,2.2 J
B．5.3×1014 Hz,4.4×10－19 J
C．3.3×1033 Hz,2.2 J
D．3.3×1033 Hz,4.4×10－19 J
5．用波长为2.0×10－7 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的初动能是4.7×10－19 J。由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)( )
A．5.5×1014 Hz B．7.9×1014 Hz C．9.8×1014 Hz D．1.2×1015 Hz
6．如图所示，用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表的示数不为零；移动滑动变阻器的滑片，当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为0。
(1)光电子的最大初动能是多少？遏止电压为多少？
(2)光电管阴极的逸出功又是多少？
(3)当滑片向a端滑动时，光电流变大还是变小？
(4)当入射光的频率增大时，光电子最大初动能如何变化？遏止电压呢？