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高中物理 選修3 5 粵教版 第二章波粒二象性第一節(jié)光電效應(yīng) 目標(biāo)定位 1 知道光電效應(yīng)現(xiàn)象 掌握光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 2 知道光電流與光的強(qiáng)度和光的頻率之間的關(guān)系 3 理解極限頻率和遏止電壓的概念 一 光電效應(yīng)與光電流1 光電效應(yīng) 金屬在光的照射下 的現(xiàn)象 發(fā)射出來的電子叫做 2 光電管是利用 制成的一種常見的光電器件 它可以把 轉(zhuǎn)變成 3 光電流 光電管在光的照射下 陰極發(fā)出的光電子被陽極收集 在回路中會(huì)形成 稱為光電流 發(fā)射電子 光電子 光電效應(yīng) 光信號(hào) 電信號(hào) 電流 二 光電流的變化在反向電壓一定的情況下 光電流的變化與入射光的 有關(guān) 與入射光的 無關(guān) 光源強(qiáng)度可以使光電管 單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的 數(shù)目變化 三 極限頻率在光電效應(yīng)中 只有當(dāng)入射光頻率大于某一頻率 時(shí) 才會(huì)產(chǎn)生光電流 0稱為極限頻率 其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱為極限波長(zhǎng) 不同金屬物質(zhì)的極限頻率一般 強(qiáng)度 頻率 光電子 陰極 0 不同 四 遏止電壓在強(qiáng)度和頻率一定的光照射下 回路中的光電流會(huì)隨著反向電壓的增加而 并且當(dāng)反向電壓達(dá)到某一數(shù)值時(shí) 光電流將會(huì)減小到零 這時(shí)的電壓稱為遏止電壓 用符號(hào)U0表示 光電子到達(dá)陽極要克服反向電場(chǎng)力做的功 eU0 eU0 減小 一 光電效應(yīng)現(xiàn)象2 光電效應(yīng)中的光包括不可見光和可見光 3 光電子 光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子 其本質(zhì)還是電子 例1 一驗(yàn)電器與鋅板相連 如圖2 1 1所示 用一紫外線燈照射鋅板 關(guān)燈后 驗(yàn)電器指針保持一定偏角 圖2 1 1 1 現(xiàn)用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸 則驗(yàn)電器指針偏角將 填 增大 減小 或 不變 2 使驗(yàn)電器指針回到零 再用相同強(qiáng)度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板 驗(yàn)電器指針無偏轉(zhuǎn) 那么 若改用強(qiáng)度更大的紅外線燈照射鋅板 可觀察到驗(yàn)電器指針 填 有 或 無 偏轉(zhuǎn) 答案 1 減小 2 無解析當(dāng)用紫外線燈照射鋅板時(shí) 鋅板發(fā)生光電效應(yīng) 鋅板放出光電子而帶上正電 此時(shí)與鋅板連在一起的驗(yàn)電器也帶上了正電 故指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn) 當(dāng)帶負(fù)電的小球與鋅板接觸后 中和了一部分正電荷 從而使驗(yàn)電器的指針偏角減小 使驗(yàn)電器指針回到零 用鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板 驗(yàn)電器指針無偏轉(zhuǎn) 說明鈉燈發(fā)出的黃光的頻率小于鋅的極限頻率 而紅外線比黃光的頻率還要低 更不可能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng) 能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱無關(guān) 針對(duì)訓(xùn)練1 雙選 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的裝置如圖2 1 2所示 用弧光燈照射鋅板 驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度 則下列說法中正確的是 圖2 1 2A 用紫外光照射鋅板 驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)B 用綠色光照射鋅板 驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) C 鋅板帶的是負(fù)電荷D 使驗(yàn)電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷答案AD解析將擦得很亮的鋅板連接驗(yàn)電器 用弧光燈照射鋅板 弧光燈發(fā)出紫外線 驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度 說明鋅板帶電 而且鋅板帶的是正電 這說明在紫外線照射下 鋅板中有一部分自由電子從表面飛出來 鋅板中缺少電子 于是帶正電 A D對(duì) C錯(cuò) 綠光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng) B錯(cuò) 二 光電效應(yīng)規(guī)律及其解釋1 每種金屬都有一定的極限頻率 當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時(shí) 不管入射光的強(qiáng)度多大 照射時(shí)間多長(zhǎng)都不會(huì)產(chǎn)生光電子 一旦入射光的頻率超過極限頻率 則不管光有多么弱都會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng) 發(fā)出光電子 2 在發(fā)生光電效應(yīng)的條件下 光電流的大小或單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目由光的強(qiáng)度決定 3 光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān) 只與入射光的頻率有關(guān) 遏止電壓隨光的頻率的增大而增大 與光的強(qiáng)度無關(guān) 4 隨著反向電壓的增大 光電流逐漸減小 說明金屬中逸出的光電子的初動(dòng)能是不同的 而光電子的最大初動(dòng)能與遏止電壓是對(duì)應(yīng)的 特別提醒遏止電壓只與入射光的頻率有關(guān) 與入射光的強(qiáng)度無關(guān) 例2 單選 利用光電管研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)如圖2 1 3所示 用頻率為 的可見光照射陰極K 電流表中有電流通過 則 圖2 1 3A 用紫外線照射 電流表不一定有電流通過B 用紅光照射 電流表一定無電流通過 C 用頻率為 的可見光照射K 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭移到A端時(shí) 電流表中一定無電流通過D 用頻率為 的可見光照射K 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向B端滑動(dòng)時(shí) 電流表示數(shù)可能不變答案D 解析因紫外線的頻率比可見光的頻率高 所以用紫外線照射時(shí) 電流表中一定有電流通過 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 因不知陰極K的截止頻率 所以用紅光照射時(shí) 不一定發(fā)生光電效應(yīng) 所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤 即使UAK 0 電流表中也有電流 所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤 當(dāng)滑動(dòng)觸頭向B端滑動(dòng)時(shí) UAK增大 陽極A吸收光電子的能力增強(qiáng) 光電流會(huì)增大 當(dāng)所有光電子都到達(dá)陽極A時(shí) 電流達(dá)到最大 即飽和電流 若在滑動(dòng)前 電流已經(jīng)達(dá)到飽和電流 那么即使增大UAK 光電流也不會(huì)增大 所以選項(xiàng)D正確 針對(duì)訓(xùn)練2 單選 入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng) 若入射光的強(qiáng)度減弱 而頻率保持不變 那么 A 從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加B 逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小C 單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少D 有可能不發(fā)生光電效應(yīng)答案C 解析發(fā)生光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)的 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 入射光的強(qiáng)度減弱 說明單位時(shí)間內(nèi)的入射光子數(shù)目減少 頻率不變 逸出的光電子的最大初動(dòng)能也就不變 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 光電流隨入射光強(qiáng)度的減小而減小 逸出的光電子數(shù)目也隨入射光強(qiáng)度的減小而減少 故選項(xiàng)C正確 入射光照射到某金屬上發(fā)生光電效應(yīng) 說明入射光頻率不低于這種金屬的極限頻率 入射光的強(qiáng)度減弱而頻率不變 同樣能發(fā)生光電效應(yīng) 故選項(xiàng)D錯(cuò)誤 三 經(jīng)典電磁理論與光電效應(yīng)的矛盾在光的照射下 物體內(nèi)部的電子受到電磁波的作用做受迫振動(dòng) 例3 單選 在光電效應(yīng)的規(guī)律中 經(jīng)典電磁理論能解釋的有 A 入射光的頻率必須大于被照射金屬的極限頻率時(shí)才能產(chǎn)生光電效應(yīng)B 光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無關(guān) 只隨入射光頻率的增大而增大C 入射光照射到金屬上時(shí) 光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的 一般不超過10 9sD 當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時(shí) 光電子數(shù)目隨入射光強(qiáng)度的增大而增多 答案D解析由光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律與經(jīng)典電磁理論的矛盾可知 只有D正確 針對(duì)訓(xùn)練3 單選 如圖2 1 4所示為光電管的使用原理圖 已知有波長(zhǎng)為 0的光照射到陰極K上時(shí) 電路中有光電流 則 圖2 1 4 A 若有波長(zhǎng)為 0 的光照到陰極K上 電路中一定沒有光電流B 用波長(zhǎng)為 0的光照射陰極K 保持光電管兩極間電壓不變 增大該單色光的強(qiáng)度 則光電流增大C 增加電路中電源電壓 電路中的光電流一定增大D 減弱波長(zhǎng)為 0的光的照射強(qiáng)度 則電路中的光電流減小 最終會(huì)為零答案B 解析通過本實(shí)驗(yàn)可知 電路中要有光電流 入射光需達(dá)到一定頻率 低于這個(gè)頻率便沒有光電流產(chǎn)生 因此A選項(xiàng)中 0一定有 0 故電路中一定有光電流 故A錯(cuò)誤 由實(shí)驗(yàn)結(jié)論易知 B正確 若用某光照射時(shí) 使光電管發(fā)生光電效應(yīng) 增大正向電壓 開始光電流增大 正向電壓增大到某值時(shí) 可使從陰極逸出的光電子全部到達(dá)陽極 此時(shí)電路中的光電流達(dá)最大值 再增大電壓 此后電流不變 故C錯(cuò)誤 減弱入射光的強(qiáng)度 可使光電流減小 但只要能發(fā)生光電效應(yīng) 光電流就不可能減為零 D錯(cuò)誤 應(yīng)選B