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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,[目標定位] 1.知道光電效應現象，掌握光電效應的實驗規(guī) 律.2.知道光電流與光的強度和光的頻率之間的關系.3.理解極 限頻率和遏止電壓的概念．,一、光電效應與光電流 1．光電效應：金屬在光的照射下__________的現象．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，在回路中會形成______，稱為光電流．,發(fā)射電子,光電子,光電效應,光信號,電信號,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，與入射光的_____無關，光源強度可以使光電管_____單位時間內發(fā)射的________數目變化． 三、極限頻率 在光電效應中，只有當入射光頻率大于某一頻率___時，才會產生光電流．ν0稱為極限頻率，其對應的波長稱為極限波長，不同金屬物質的極限頻率一般_____．,強度,頻率,光電子,陰極,ν0,不同,四、遏止電壓 在強度和頻率一定的光照射下，回路中的光電流會隨著反向電壓的增加而_____，并且當反向電壓達到某一數值時，光電流將會減小到零，這時的電壓稱為遏止電壓，用符號U0表示，光電子到達陽極要克服反向電場力做的功,eU0,eU0,減小,一、光電效應現象 2．光電效應中的光包括不可見光和可見光． 3．光電子：光電效應中發(fā)射出來的電子，其本質還是電子．,【例1】 一驗電器與鋅板相連(如圖2－1－1所示)，用一紫外線燈照射鋅板，關燈后，驗電器指針保持一定偏角． 圖2－1－1 (1)現用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸，則驗電器指針偏角將________(填“增大”、“減小”或“不變”)．,(2)使驗電器指針回到零，再用相同強度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，驗電器指針無偏轉．那么，若改用強度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀察到驗電器指針________(填“有”或“無”)偏轉． 答案 (1)減小 (2)無 解析 當用紫外線燈照射鋅板時，鋅板發(fā)生光電效應，鋅板放出光電子而帶上正電，此時與鋅板連在一起的驗電器也帶上了正電，故指針發(fā)生了偏轉．當帶負電的小球與鋅板接觸后，中和了一部分正電荷，從而使驗電器的指針偏角減?。跪炿娖髦羔樆氐搅?，用鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，驗電器指針無偏轉，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．能否發(fā)生光電 效應與入射光的強弱無關．,針對訓練1 (雙選)光電效應實驗的裝置如圖2－1－2所示，用弧光燈照射鋅板，驗電器指針張開一個角度，則下列說法中正確的是 ( ) 圖2－1－2 A．用紫外光照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉 B．用綠色光照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉,C．鋅板帶的是負電荷 D．使驗電器指針發(fā)生偏轉的是正電荷 答案 AD 解析 將擦得很亮的鋅板連接驗電器，用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線)，驗電器指針張開一個角度，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，C錯；綠光不能使鋅板發(fā)生光電效應，B錯．,二、光電效應規(guī)律及其解釋 1．每種金屬都有一定的極限頻率，當入射光的頻率低于極限頻率時，不管入射光的強度多大、照射時間多長都不會產生光電子，一旦入射光的頻率超過極限頻率，則不管光有多么弱都會產生光電效應，發(fā)出光電子． 2．在發(fā)生光電效應的條件下，光電流的大小或單位時間內逸出的光電子數目由光的強度決定．,3．光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只與入射光的頻率有關． 遏止電壓隨光的頻率的增大而增大，與光的強度無關． 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能是不同的，而光電子的最大初動能與遏止電壓是對應的． 特別提醒 遏止電壓只與入射光的頻率有關，與入射光的強度無關．,【例2】 (單選)利用光電管研究光電效應實驗如圖2－1－3所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則 ( ) 圖2－1－3 A．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ν的可見光照射K，當滑動變阻器的滑動觸頭移到A端時，電流表中一定無電流通過 D．用頻率為ν的可見光照射K，當滑動變阻器的滑動觸頭向B端滑動時，電流表示數可能不變 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，電流表中一定有電流通過，選項A錯誤；因不知陰極K的截止頻率，所以用紅光照射時，不一定發(fā)生光電效應，所以選項B錯誤；即使UAK＝0，電流表中也有電流，所以選項C錯誤；當滑動觸頭向B端滑動時，UAK增大，陽極A吸收光電子的能力增強，光電流會增大，當所有光電子都到達陽極A時，電流達到最大，即飽和電流．若在滑動前，電流已經達到飽和電流，那么即使增大UAK，光電流也不會增大，所以選項D正確．,針對訓練2 (單選)入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應，若入射光的強度減弱，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間間隔 將明顯增加 B．逸出的光電子的最大初動能將減小 C．單位時間內從金屬表面逸出的光電子數目將減少 D．有可能不發(fā)生光電效應 答案 C,解析 發(fā)生光電效應幾乎是瞬時的，選項A錯誤；入射光的強度減弱，說明單位時間內的入射光子數目減少，頻率不變，逸出的光電子的最大初動能也就不變，選項B錯誤；光電流隨入射光強度的減小而減小，逸出的光電子數目也隨入射光強度的減小而減少，故選項C正確；入射光照射到某金屬上發(fā)生光電效應，說明入射光頻率不低于這種金屬的極限頻率，入射光的強度減弱而頻率不變，同樣能發(fā)生光電效應，故選項D錯誤．,三、經典電磁理論與光電效應的矛盾 在光的照射下，物體內部的電子受到電磁波的作用做受迫振動.,【例3】 (單選)在光電效應的規(guī)律中，經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才能 產生光電效應 B．光電子的最大初動能與入射光強度無關，只隨入射光 頻率的增大而增大 C．入射光照射到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時 的，一般不超過10－9s D．當入射光頻率大于極限頻率時，光電子數目隨入射光 強度的增大而增多,答案 D 解析 由光電效應的實驗規(guī)律與經典電磁理論的矛盾可知，只有D正確．,針對訓練3 (單選)如圖2－1－4所示為光電管的使用原理圖，已知有波長為λ0的光照射到陰極K上時，電路中有光電流，則( ),圖2－1－4,A．若有波長為λ(λ＜λ0)的光照到陰極K上，電路中一定沒有光電流 B．用波長為λ0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．減弱波長為λ0的光的照射強度，則電路中的光電流減小，最終會為零 答案 B,解析 通過本實驗可知，電路中要有光電流，入射光需達到一定頻率，低于這個頻率便沒有光電流產生，因此A選項中，λ＜λ0一定有ν＞ν0，故電路中一定有光電流，故A錯誤；由實驗結論易知，B正確；若用某光照射時，使光電管發(fā)生光電效應，增大正向電壓，開始光電流增大，正向電壓增大到某值時，可使從陰極逸出的光電子全部到達陽極，此時電路中的光電流達最大值，再增大電壓，此后電流不變，故C錯誤；減弱入射光的強度，可使光電流減小，但只要能發(fā)生光電效應，光電流就不可能減為零，D錯誤．應選B.,