2015高中物理 4.1-4.2 量子概念的诞生 光电效应与光的量子说 学案

- 1 - 4.2 光电效应与光的量子说【学习目标】：1、知道光电效应现象具有哪些规律．2、理解爱因斯坦的光子说对光电效应现象的解释．3、掌握爱因斯坦光电效应方程【学习重难点】 光电效应的基本规律和对光电效应的解释【前置性补偿】1、光的本性发展过程中的几个学说：牛顿的 说；惠更斯的 说； 的电磁说； 证明了电磁波的存在；________的光子说。

2、光的 和 现象说明光具有波动性。

3、什么是黑体？普朗克是怎么解释黑体辐射的？【新知探究】一、光电效应概念：_______________________________________________________阅读书P71 了解光电管的构造光电子：_______________________________阴极K 发出的光电子所受电场力的方向_______________光电流：__________________________________________ 二、光电效应的规律规律1.任何金属都存在一个_________;只有满足不同金属的___________不同比较P72页图4-2-2a 、红光照射金属表面，无论光照强度如何，有无电子逸出？说明了什么？b 、蓝光照射时，有无光电子逸出？逸出的光电子的数目与光强有无关系？光电子逸出的最大初动能有什么关系？与光强有关吗？规律2. 产生光电效应时,光电流随入射光强度的增大而_______。

光的强度越大，单位时间内逸出金属表面的电子数越_____。

规律3. 从阴极发出的光电子的最大初动能与入射光强度无关，只取决于入射光的_______; 且与入射光的频率成__________规律4.____________________________________________________________________三、光的波动说的困难经典电磁理论认为：1、光的能量是连续的．2、光强越大，光的能量越大，光的能量与频率无关．按上述光的波动理论思考：1、波动理论能否解释发生光电效应中极限频率问题？2、光电子最大初动能E K 的大小应与光强有关，与频率无关 。

量子概念的诞生教案一、教学目标1、让学生了解量子概念诞生的历史背景和重要意义。

2、理解量子概念的基本内涵和主要特点。

3、培养学生的科学思维和探索精神，激发学生对物理学的兴趣。

二、教学重难点1、重点量子概念诞生的关键实验和理论突破。

量子概念与经典物理学的区别和联系。

2、难点理解微观世界中的量子现象和量子规律。

对量子概念的抽象性和复杂性的把握。

三、教学方法1、讲授法：讲解量子概念诞生的历史过程和相关理论。

2、讨论法：组织学生讨论量子概念对现代科学和技术的影响。

3、案例分析法：通过具体的实验案例分析量子概念的应用。

四、教学过程1、导入提问：同学们，你们知道什么是量子吗？在我们的日常生活中，有没有接触到与量子相关的事物呢？播放一段关于量子科技的视频，引起学生的兴趣，导入新课。

2、量子概念诞生的历史背景介绍 19 世纪末物理学的发展状况，经典物理学在解释一些微观和高速现象时遇到了困难。

例如，黑体辐射问题、光电效应等，传统的理论无法给出合理的解释。

3、关键实验黑体辐射实验讲解黑体的概念和黑体辐射的特征。

介绍普朗克为了解释黑体辐射现象，提出了能量量子化的假设，即能量不是连续的，而是一份一份的。

光电效应实验解释光电效应的现象，如光照射金属表面时，会有电子逸出。

爱因斯坦利用量子概念成功解释了光电效应，提出了光量子假说，进一步证实了量子的存在。

4、量子概念的基本内涵解释量子的定义：量子是能量的最小单位，具有“分立性”和“不连续性”。

举例说明量子概念在微观世界中的表现，如原子的能级、电子的跃迁等。

5、量子概念与经典物理学的比较对比经典物理学中能量的连续性和量子概念中能量的量子化。

强调量子概念对我们理解微观世界的革命性影响。

6、量子概念的发展和应用简单介绍量子力学的建立和发展，以及在现代科技中的广泛应用，如量子通信、量子计算等。

让学生思考量子技术对未来社会可能产生的影响。

7、课堂总结回顾量子概念诞生的关键知识点。

强调量子概念的重要性和对科学发展的推动作用。

1 量子概念的诞生2 光电效应与光的量子说一、热辐射、黑体与黑体辐射1．热辐射我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关．2．黑体指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生全反射的物体．3．一般材料物体的辐射规律辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．4．黑体辐射的实验规律黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，如图所示．(1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．(2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．在火炉旁边有什么感觉？投入炉中的炭块颜色怎样变化？说明了什么问题？提示：我们靠近火炉时，马上会感到热，这是由于炉中燃烧的炭块在向外辐射能量．我们观察投入炉中炭块的颜色，当温度较低时，炭块呈暗红色，随着温度的不断升高，它变得赤红，橙红，到最后由黄色变成白色，这表明炭块是以电磁波的形式向外辐射能量，而且在不同温度下辐射强度按电磁波波长有不同的分布．二、能量子1．定义普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．2．能量子大小ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)．3．能量的量子化在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．三、光电效应的实验规律1．光电效应照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．2．光电子光电效应中发射出来的电子．3．爱因斯坦对光电效应的解释(1)存在着饱和光电流：在光的颜色不变的情况下，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．(2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的最大初动能与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应．(3)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的，从光照射到产生光电流的时间不超过10－9s.4．逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值． 不同金属的逸出功不同．将锌板与验电器连在一起，然后用紫外线灯照射锌板，会发现一个奇妙的现象，验电器的指针发生了偏转，这一现象说明锌板在紫外线照射下带电了．为什么会这样呢？提示：这一现象就是著名的光电效应现象，进一步的研究表明，在光照的情况下，从锌板上有电子逸出，锌板带上了正电荷．四、爱因斯坦的光子说与光电效应方程 1．光子说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，这些能量子被称为光子．2．爱因斯坦的光电效应方程 (1)表达式：hν＝12mv 2＋A .(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于克服金属的逸出功A ，剩下的表现为逸出后电子的初动能E k .考点一黑体辐射的规律(1)对黑体的理解：绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替．如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体．(2)对黑体辐射的理解：任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的本领．辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布．这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称为热辐射．(3)一般物体与黑体的比较：(4)对热辐射的理解①在任何温度下，任何物体都会发射电磁波，并且其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性．在室温下，大多数物体辐射的是不能引起视觉的波长较长的电磁波——红外光；但当物体被加热到500 ℃左右时，开始发出暗红色的可见光．随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，而且热辐射中较短波长的成分越来越多，即能引起视觉的电磁波越来越多，大约在1 500 ℃时变成明亮的白炽光．这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高．②在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同．例如，将钢加热到约800 ℃时，就可观察到明亮的红色光，但在同一温度下，熔化的水晶却不辐射可见光．【例1】(多选)下列叙述正确的是( )A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波根据热辐射的定义及黑体辐射的实验规律直接判断即可．【解析】根据热辐射的定义，A正确；因为一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，故B错误，C正确；根据黑体的定义知D正确．【答案】ACD总结提能黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐射规律最为简单，黑体辐射强度只与温度有关．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的是( A )解析：根据黑体辐射的规律，温度越高，辐射强度越大，辐射出的波频率高的比例增大，即波长小的波比例增大，故选A.考点二能量子的理解和计算1．能量子：超越牛顿的发现(1)普朗克的量子化假设：①能量子：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍．例如，可能是ε或2ε、3ε……当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子；②能量子公式：ε＝hν，ν是电磁波的频率，h是一个常量，称为普朗克常量，其值h＝6.63×10－34J·s；③能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化．(2)能量子假说的实验证实：普朗克公式与实验结果比较，发现它与实验结果“令人满意地相符”．如图所示，曲线是根据普朗克的公式作出的，小圆代表实验值．(3)普朗克的能量子假说的意义：普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发现产生了革命性的影响．2．能量的量子化微观粒子的能量与宏观世界的能量的认识不同．例如，一个宏观的弹簧振子，把小球推离平衡位置后开始振动，能量为E.第二次我们可以把它推得稍远一些，使它振动的能量稍多一些，例如1.2E或1.3E.推得更远，能量更大．弹簧振子的能量不是某一个最小值的整数倍．只要在弹性限度内，我们可以把小球推到任何位置，其能量可以是任何值．即对弹簧振子的能量，我们说能量值是连续的；而普朗克的假说则认为，微观粒子的能量是量子化的，或说微观粒子的能量是分立的．【例2】一盏电灯发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长λ＝6.0×10－7m，在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为( )A．2×1017B．2×1016C．2×1015D．2×10231．每个光子的能量是多少？2．电灯每秒钟产生的光能是多少，这些光能包含多少个光子？【解析】光是电磁波，辐射能量也是一份一份进行的，100 W灯泡每秒产生光能E＝100 J，设电灯每秒发出的光子数为n，E＝nhν＝nh cλ，在以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数n′＝n4πr2，n′＝Eλ4πr2hc＝100×6.0×10－74×3.14×102×6.63×10－34×3×108≈2×1017(个)．【答案】 A总结提能 此类题一定要注意空间想象能力，并把画面想象出来．同时要注意关键字眼，如“每秒”“1 m 2”的理解．太阳光垂直射到地面上时，地面上1 m 2接收的太阳光的功率是1.4 kW ，其中可见光部分约占45%.(1)假设认为可见光的波长约为0.55 μm，日地间距离R ＝1.5×1011m ．普朗克常量h ＝6.6×10－34J·s，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少？(2)若已知地球的半径为6.4×106m ，估算地球接收的太阳光的总功率． 答案：(1)4.9×1044个 (2)1.8×1014kW解析：(1)设地面上垂直阳光的每平方米面积上每秒接收的可见光光子数为n ，则有P ×45%＝nh cλ.解得：n ＝0.45λP hc ＝0.45×0.55×10－6×1.4×1036.6×10－34×3×108个·m －2＝1.75×1021 个·m －2. 则所求可见光光子数N ＝n ·4πR 2＝1.75×1021×4×3.14×(1.5×1011)2＝4.9×1044(个)．(2)地球接收阳光的总功率P 地＝P πr 2＝1.4×3.14×(6.4×106)2kW≈1.8×1014kW.考点三 光电效应现象及其实验规律1．光电效应如图所示，用紫外线灯照射锌板，与锌板相连的验电器就带正电，即锌板也带正电，这说明锌板在光的照射下发射了电子．(1)定义：在光的照射下物体的电子逸出的现象，叫做光电效应，逸出的电子叫做光电子．(2)光电效应的实验电路实验电路如图所示，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K在受到光照时能够发射光电子，电源加在K与A之间，其电压通过分压电路可调，正负极可以对调．电源按图示极性连接时，阳极A吸收阴极K发射的光电子，在电路中形成光电流，电流表可测量光电流．2．光电效应的实验规律(1)实验结果①饱和电流在入射光的强度与频率不变的情况下，I－U的实验曲线如图所示．曲线表明，当加速电压U增加到一定值时，光电流达到饱和值I m.这是因为单位时间内从阴极K逸出的光电子全部到达阳极A.若单位时间内从阴极K 上逸出的光电子数目为n ，则饱和电流I m ＝ne .式中e 为一个电子的电荷量，另一方面，当电压U 减小到零，并开始反向时，光电流并没有降为零，这就表明从阴极K 逸出的光电子具有初动能．所以尽管有电场阻碍它们运动，仍有部分光电子到达阳极A.②遏止电压当反向电压等于U c 时，就能阻止所有的光电子飞向阳极A ，使光电流降为零，这个电压叫遏止电压，它使具有最大初速度的电子也不能到达阳极A.如果不考虑在测量遏止电压时回路中的接触电势差，那么我们就能根据遏止电压U c 来确定电子的最大初速度和最大初动能，即E km ＝12mv 2m ＝eU c .③光的频率相同时，光电子的最大初动能相同在用相同频率不同强度的光去照射阴极K 时，得到的I －U 曲线如图1所示．它显示出对于不同强度的光，U c 是相同的．这说明同频率、不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的．④截止频率(极限频率)用不同频率的光去照射阴极K 时，实验结果是：频率越高，U c 越大，如图2所示；并且ν与U c 呈线性关系，如图3所示．频率低于νc 的光，不论强度多大，都不能产生光电子，因此，νc 称为截止频率，对于不同的材料，截止频率不同．(2)实验规律①饱和电流I m的大小与入射光的强度成正比，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光电子的最大初动能(或遏止电压)与入射光线的强度无关(如图1所示，图中I O1、I O2、I O3表示入射光强度)，而只与入射光的频率有关．频率越高，光电子的初动能就越大(见图3)．③频率低于νc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．④光的照射和光电子的逸出几乎是同时的，在测量的精度范围内(<10－9s)观察不出这两者间存在滞后现象．【例3】利用光电管研究光电效应实验，如图所示，用频率为ν1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，电流表中不一定有电流通过B．用红外线照射，电流表中一定无电流通过C．用频率为ν1的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑动触头移到a端，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν1的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑动触头向b端滑动时，电流表示数可能不变光电效应实验中发现，入射光的频率越高，越易发生光电效应，且光电流达到最大值时，不会再增大．【解析】因为紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，A错误．因为不知道阴极K的截止频率，所以用红外线照射时，不一定发生光电效应，B错误．即使U AK＝0，电流表中也有电流，C错误．当滑动触头向b端滑动时U AK增大，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当射出的所有光电子都能到达阳极A时，光电流达到最大，即饱和电流，若在滑动前，光电流已经达到饱和电流，那么再增大U AK，光电流也不会增大，D正确．故正确答案为D.【答案】 D总结提能理解好实验现象，理解好光电效应发生的条件是解题的关键．在演示光电效应的实验中，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，验电器的指针张开了一个角度，如图所示，这时( B )A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．锌板带负电，指针带负电D．锌板带负电，指针带正电解析：发生光电效应时有电子从锌板上跑出来，使锌板及验电器的指针都带正电，B正确．考点四 光电效应方程的理解和应用1．光子说(1)内容：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，这些能量子称为光子．(2)公式：光子的能量ε＝hν，h 为普朗克常量，ν为光的频率，h ＝6.626×10－34 J·s. 2．光电效应方程(1)表达式：E k ＝hν－W 0.(2)理解：①在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子的能量hν，这些能量中的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的初动能E k .②光电效应方程包含了产生光电效应的条件：E k ＝hν－W 0>0，亦即hν>W 0，ν>W 0h ＝νc ，而νc ＝W 0h就是金属的截止频率．(3)最大初动能E k发生光电效应时，电子克服金属原子核的引力逸出时，具有的动能大小不同，金属表面上的电子吸收光子后直接逸出时具有的动能最大，称为最大初动能，用E k 表示．即逸出的电子动能在0～E k 之间．3．光电效应曲线(1)E k －ν曲线①爱因斯坦光电效应方程表明，光电子的最大初动能E k 与入射光的频率ν成线性关系，与光强无关，如图所示，由光电效应方程知，当hν>W 0时，E k >0，即有电子逸出，截止频率νc ＝W 0h.②电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时产生的．③光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流大，所以饱和电流与光强成正比．根据光电效应方程知：E k ＝hν－W 0，光电子的最大初动能E k 与入射光的频率ν呈线性关系，即E k －ν图象是一条直线．上图是光电子最大初动能E k 随入射光频率ν的变化曲线．横轴上的截距是阴极金属的截止频率或极限频率；纵轴上的截距，是阴极金属的逸出功负值；斜率为普朗克常量．(2)I －U 曲线右图所示的光电流强度I 随光电管两极板间电压U 的变化曲线中，I m 为饱和光电流，U c 为遏止电压．(1)利用eU c ＝12m e v 2m 可得光电子的最大初动能E km . (2)利用E k －ν图线可得极限频率νc 和普朗克常量h .4．光子说对光电效应规律的解释(1)由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能一份一份地吸收光子的能量．而且这个传递能量的过程只能是一个光子对一个电子的行为．如果光的频率低于截止频率，则光子提供给电子的能量不足以克服原子的束缚，就不能发生光电效应．(2)当光的频率高于截止频率时，能量传递给电子以后，电子摆脱束缚要消耗一部分能量，剩余的能量以光电子的动能形式存在，这样光电子的最大初动能E k ＝12m e v 2c ＝hν－W 0，其中W 0为金属的逸出功，因此光的频率越高，电子的初动能越大．(3)电子接收能量的过程极其短暂，接收能量后的瞬间立即挣脱束缚，所以光电效应的发生也几乎是瞬间的．(4)发生光电效应时，单位时间内逸出的光电子数与光强度成正比，光强度越大意味着单位时间内打在金属上的光子数越多，那么逸出的光电子数目也就越多．【例4】(多选)下列对光电效应的解释，正确的是( )A．金属内的每个电子要吸收一个或一个以上的光子，当它积累的能量足够大时，就能逸出金属表面B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不同1．根据光子说的内容可知，光子的能量由谁决定，与光的强度是否有关？2．金属表面的电子成为光电子，要克服哪些力而做功，需要的能量从哪儿获得？【解析】根据爱因斯坦的光子说，光的能量是由光的频率决定的，与光强无关．入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大．但要使电子离开金属表面，必须使电子具有足够的动能，而电子的动能只能来源于入射光的光子能量，但每个电子只能吸收一个光子，不能吸收多个光子．因此当入射光的频率低于截止频率时，即使照射时间足够长，也不会发生光电效应．使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功，不同金属的逸出功不同．故正确答案为B、D.【答案】BD总结提能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→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．现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa>λb>λc，用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应．若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以断定( A )A．a光束照射时，不能发生光电效应B．c光束照射时，不能发生光电效应C．a光束照射时，释放出的光电子数目最多D．c光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小解析：由a、b、c三束单色光的波长关系λa>λb>λc，及波长、频率的关系知：三束单色光的频率关系为：νa<νb<νc.故当b光恰能使金属发生光电效应时，a光必然不能使该金属发生光电效应，c光必然能使该金属发生光电效应，A正确，B错误；又因为发生光电效应时释放的光电子数目与光照强度有关，光照越强，光电子数目越多，由于光照强度未知，所以光电子数目无法判断，C错误；而光电子的最大初动能与入射光频率有关，频率越高，最大初动能越大，所以c光照射时释放出的光电子的最大初动能最大，D错误，故答案为A.重难疑点辨析光电效应问题的分析方法有关光电效应的问题主要有两个方面：一个是关于光电效应现象的判断，另一个就是运用光电效应方程进行简单的计算．解题的关键在于掌握光电效应规律，明确概念之间的决定关系．即有：2．应用爱因斯坦光电效应方程解题的步骤：(1)分析光电效应现象，根据需要建立光电效应方程，或画出光电效应方程所对应的图象．(2)根据eU c ＝12mv 2c 求出最大初动能． (3)根据饱和光电流与照射光频率的关系图象得到材料恰能产生光电效应时照射光的频率ν0，由hν0＝W 0可得逸出功．(4)联立以上各式求解未知物理量．【典例】 用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k －ν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.24 eV ，若将二者的图线画在同一个E k －ν坐标图中，用实线表示钨、虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是如图所示中的( )【解析】 依据光电效应方程E k ＝hν－W 可知，E k －ν图线的斜率代表了普朗克常量h ，因此钨和锌的E k －ν图线应该平行．图线的横轴截距代表了极限频率νc ，而νc ＝W h，因此钨的νc 大些．综上所述，B 图正确．【答案】 B本题最大的特点是利用数学图象解决物理问题．不能把物理问题转化为数学问题，再利用数学函数关系解决物理问题是最易出现的错误．只有在理解光电效应方程的基础上，把其数学关系式与数学函数图象结合起来，经分析、推导得出图象的斜率及在图象横、纵坐标轴上的截距所对应的物理量，从而理解它们的物理意义，有效提高自身应用数学解决物理问题的能力．1．能正确解释黑体辐射实验规律的是( B )A．能量的连续经典理论B．普朗克提出的能量量子化理论C．以上两种理论体系任何一种都能解释D．牛顿提出的能量微粒说解析：根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，故选项B正确．2．(多选)关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是( AD )A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的B．认为能量值是连续的C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的D．认为微观粒子的能量是分立的解析：普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的，故选项A、D正确．3．(多选)光电效应实验的装置如图所示，则下列说法中正确的是( AD )A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．使验电器指针发生偏转的是正电荷解析：紫外线频率大于锌板的极限频率，故锌板会发生光电效应，向外放出光电子，从而使锌板和验电器带上正电荷，所以A、D正确．4．(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U a和U b、光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h为普朗克常量．下列说法正确的是( BC )A．若νa>νb，则一定有U a<U bB．若νa>νb，则一定有E k a>E k bC．若U a<U b，则一定有E k a<E k bD．若νa>νb，则一定有hνa－E k a>hνb－E k b解析：设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有E k＝hν－W，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B项正确；又E k＝eU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有eU＝hν－W，遏止电压U随ν增大而增大，A 项错误；又有hν－E k＝W，W相同，则D项错误．5．如图所示，擦得很亮的绝缘锌板A水平固定放置，其下方水平放有接地的铜板B，两板间距离为d，两板面积均为S，正对面积为S′，且S>S′.当用弧光灯照射锌板上表面后，A、B板间一带电液滴恰好处于静止状态．试分析：(1)液滴带何种电荷？(2)用弧光灯再照射A板上表面，液滴做何种运动？(3)要使液滴向下运动，应采取哪些措施？(一种即可)答案：(1)负电(2)向上运动(3)将B板向右平移解析：(1)锌板受弧光灯照射发生光电效应，有光电子从锌板A的上表面逸出，而使A 板带正电荷，接地的铜板B由于静电感应而带负电，A、B板间形成方向向下的匀强电场，由液滴处于静止状态知qE＝mg，所以液滴带负电．(2)当再用弧光灯照射A板上表面时，光电效应继续发生，使A板所带正电荷增加，A、B板间场强增强，所以qE>mg，使液滴向上运动．(3)要使液滴向下运动，即mg>qE，mg和q不变，则必须使E变小．因A板电荷量Q不变，则当B板向右移动，增大两板正对面积时，电容增大，两板间电势差减小，而d不变，故场强E变小，qE<mg，则液滴向下运动．。

《光电效应》说课稿尊敬的各位评委、老师：大家好！今天我说课的题目是《光电效应》。

下面我将从教材分析、学情分析、教学目标、教学重难点、教法与学法、教学过程、板书设计这几个方面来展开我的说课。

一、教材分析《光电效应》是高中物理选修 3-5 中的重要内容。

它是近代物理学中一个重要的发现，对于理解光的粒子性具有关键意义。

这部分内容不仅是对之前所学的光的波动性知识的补充和拓展，也为后续学习量子力学等知识奠定了基础。

通过学习光电效应，学生能够更全面地认识光的本质，深入理解微观世界中的物理规律。

教材首先通过实验现象引入光电效应，然后对光电效应的规律进行了详细的阐述，包括存在截止频率、光电子的最大初动能与入射光的频率有关等。

最后，教材从理论上对光电效应进行了解释，引出了光子说。

二、学情分析学生在之前的学习中已经了解了光的波动性，对光的传播和干涉、衍射等现象有了一定的认识。

但对于光的粒子性，学生的理解相对较少，可能会存在一定的思维障碍。

此外，高二的学生已经具备了一定的观察、分析和逻辑推理能力，但抽象思维能力和科学探究能力还有待进一步提高。

在教学中，要注重引导学生通过实验观察和分析，培养他们的科学思维和探究精神。

三、教学目标1、知识与技能目标（1）了解光电效应的实验规律。

（2）理解爱因斯坦的光子说及对光电效应的解释。

（3）掌握光电效应方程，并能进行简单的计算。

2、过程与方法目标（1）通过观察实验现象，培养学生的观察能力和分析问题的能力。

（2）经历科学探究的过程，学习提出问题、猜想与假设、设计实验、分析数据、得出结论等科学探究方法。

3、情感态度与价值观目标（1）通过对光电效应的研究，使学生感受科学家在探索真理过程中的严谨态度和创新精神。

（2）激发学生对物理学科的兴趣，培养学生勇于探索、敢于创新的科学精神。

四、教学重难点1、教学重点（1）光电效应的实验规律。

（2）爱因斯坦的光子说及光电效应方程。

2、教学难点（1）对光电效应实验规律的解释。

1．量子概念的诞生 2．光电效应与光的量子说［学习目标］1。

了解热辐射及热辐射的特性,了解黑体与黑体辐射，了解黑体辐射的实验规律及黑体辐射电磁波强度随波长的分布曲线．(重点）2。

了解普朗克提出的能量子的概念,了解量子论诞生的历史意义。

3。

知道光电效应中截止频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾．（重点）4.知道光子说及其对光电效应的解释．（重点)5。

掌握爱因斯坦光电效应方程并会用它来解决简单问题．(难点）一、量子概念的诞生1．热辐射我们周围的一切物体都在以电磁波的形式向外辐射能量，而且辐射强度随波长如何分布都与物体的温度相关，所以物理上把这种辐射称为热辐射，物体热辐射中随温度的升高,辐射的较短波长的电磁波的成分越来越强．2．黑体与黑体辐射(1)黑体：如果某物体能够全部吸收外来电磁波而不发生反射，这种物体就称为绝对黑体,简称黑体．（2)黑体辐射的实验规律①一般材料的物体,辐射电磁波的情况，除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的错误!有关．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．（3）维恩和瑞利的理论解释①建立理论的基础：依据经典理论的知识寻求黑体辐射的理论解释．②维恩公式：在短波区与实验非常接近,在长波区则与实验偏离很大．③瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符,由理论得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”．3．普朗克提出的能量子的概念（1)普朗克的假设振动的带电谐振子具有的能量是不连续的，只能取一些分立的值，即E n＝nhν（n＝1,2，3，…),即能量E只能取hν的整数倍，最小的一份能量ε＝hν称为能量子,式中ν是谐振动的频率，h是一个常数,称为普朗克常量．h＝6。

626 068 76（52）×10－34J·s。

（2)普朗克理论的意义①利用能量子的假设，普朗克推导出了与实验相符的公式（即普朗克公式）成功的解决了黑体辐射问题．②普朗克在1900年把能量子列入物理学，正确地破除了“能量连续变化"的传统观念，成为新物理学思想的基石之一．二、光电效应与光的量子说1．光电效应定义照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．2．光电子光电效应中发射出来的电子．3．光电效应的实验规律（1）对于给定的光电阴极材料,都存在一个发生光电效应所需的入射光的最小频率ν0,叫做光电效应的截止频率，亦称为极限频率．只有超过截止频率的光，才能引起光电效应．不同金属材料的截止频率不同．(2）当入射光的频率高于截止频率、光电流出现时，光电流的大小由光强决定,光强越大，光电流越大．(3）从阴极发出的光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系．（4）只要光的频率大于截止频率，即使用极弱的入射光，光电子总能立刻(约10－9 s）发射出来．4．光子说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，这些能量子称为光子．5．光电效应方程（1)对光电效应的说明在光电效应中,金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν,其中一部分用来克服金属的逸出功W,另一部分为光电子的初动能E k.（2)光电效应方程E k＝hν－W.1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×"）(1）能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体．（√）(2)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大．（√）（3）能量子的能量不是任意的,其大小与电磁波的频率成正比．（√）(4）任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应．（×）(5）金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．（×）（6）不同的金属逸出功不同，因此金属对应的截止频率也不同．(√）（7）入射光若能使某金属发生光电效应,则入射光的强度越大,照射出的光电子越多．(√）2．（多选)下列叙述正确的是（）A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关AD[根据热辐射定义知A对;根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B、C错、D对．]3．如图所示,用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是（)A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红光照射锌板,验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．验电器指针带的是负电荷A［将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板（弧光灯发出紫外线),验电器指针张开一个角度,说明锌板带了电，进一步研究表明锌板和验电器指针带正电．这说明在紫外线的照射下,锌板中有一部分自由电子从表面飞出,锌板带正电，选项A正确．红光不能使锌板发生光电效应．］对黑体和黑体辐射的理解1绝对的黑体实际上是不存在的,但可以用某装置近似地代替．如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔,那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体．2．一般物体与黑体的比较热辐射特点吸收、反射特点一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关既吸收又反射,其能力与材料的种类及入射波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波，不反射（1）温度一定时,黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值．（2)随着温度的升高①各种波长的辐射强度都有增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．如图所示．4．普朗克的量子化假设的意义（1）普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响,成为物理学发展史上一个重大转折点．（2）普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征．【例1】（多选)黑体辐射的实验规律如图所示,由图可知（）A．随温度升高,各种波长的辐射强度都增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动ACD[由图可知,随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来，故A、C、D正确，B错误．］1．（多选）下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是( )A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加B．随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动C．黑体热辐射的强度与波长无关D．黑体辐射无任何规律AB[黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．故A、B对．］正确理解光电效应的相关知识1表面受到光照射时发射出来的电子,其本质是电子，光照射金属是因，产生光电子是果．2．光电子的动能与光电子的最大初动能:光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动,需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量,剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能．光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能．3．光子的能量与入射光的强度：光子的能量即每个光子的能量，其值为ε＝hν（ν为光子的频率),其大小由光的频率决定．入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量hν与入射光子数n的乘积．即光强等于nhν。

4.2《光电效应与光量子假说》学案学习目标：（1）光电效应现象具有哪些规律．（2）人们研究光电效应现象的目的性．（3）爱因斯坦的光子说对光电效应现象的解释．阅读指导：1.光的波动理论学说虽然取得了很大的成功，但并未达到十分完美的程度．光的有些现象波动说遇到了很大的困难，观察光电效应现象．才能产生光电效应．结论一：入射光线的频率大于等于该金属的极限频率结论二：光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率增大而增大．结论三：当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，则光电流的强度与入射光的强度成正比．2．波动理论解释不了光电效应（1）波动理论解释不了极限频率，认为光的强度由光波的振幅决定，跟频率无关，只要入射光足够强，就应该能发生光电效应．但事实并非如此．（2）波动理论解释不了光电子的最大初动能，只与光的频率有关而与光的强度无关．（3）波动理论还解释不了光电效应发生的时间之短．3．爱因斯坦的光子说．本节总结：学习这一节要注意区分一些主要的概念：光的强度、光子的能量、光电子的最大初动能、光电流的强度等．入射光的强度是和光电流的强度联系着的，每秒发射的光子数决定了每秒逸出的光电子数；入射光的频率是和光电子的最大初动能联系着的，每个光子的能量E=hν课堂巩固：知识点一光电效应1．当用一束紫外线照射装在原不带电的验电器金属球上的锌板时，发生了光电效应，这时发生的现象是（）A．验电器内的金属箔带正电B．有电子从锌板上飞出来C．有正离子从锌板上飞出来D．锌板吸收空气中的正离子2．光电效应实验的装置如图4-2-5所示，则下面说法中正确的是（）图4-2-5A．用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用绿色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．验电器指针发生偏转是因为带上了正电荷知识点二光电效应实验规律3．用绿光照射一个光电管能发生光电效应，欲使光电子从阴极逸出的最大初动能增大，下列方法中可行的是（）A．增大光电管上的加速电压B．增大绿光的强度C．延长绿光的照射时间D．改用强度较小的紫光照射4．如图4-2-6为一光电管电路，滑动变阻器滑动触头P位于AB上某点，用光照射光电管阴极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可采取的措施有（）图4-2-6A．加大照射光强度B．换用波长短的光照射C．将P向B滑动D．将电源正负极对调知识点三光电管5．关于光电管，下列说法正确的是（）A．光电管能把电信号转变为光信号B．光电管能把光信号转变为电信号C．光电管能放大光信号D．光电管工作时阳极电势低于阴极电势6．如图4-2-7所示是光电管使用原理图，下列说法不正确的是（）图4-2-7A．该装置可实现光信号与电信号转变B．如果灵敏电流计不显示读数，可能是因为入射光频率过低造成的C．如果把电源反接，电流表示数肯定为零D．如果断开电键S，电流表示数不一定为零知识点四经典理论的困难7．光电效应的规律中，经典波动理论不能解释的有（）A．入射光的频率必须大于被照射金属的极限频率时才能产生光电效应B．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C．入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s D．当入射光频率大于极限频率时，光电子数目与入射光强度成正比知识点五光子说及其对光电效应的解释8．对一束太阳光进行分析，下列说法正确的是（）A．太阳光是由各种单色光组成的复合光B．在组成太阳光的各单色光中，其能量子最大的光为红光C．在组成太阳光的各单色光中，其能量子最大的光为紫光D．组成太阳光的各单色光，其能量子都相同9．用波长为2.0×10－7m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19J.由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s，结果取两位有效数字)（）A．5.5×1014HzB．7.9×1014HzC．9.8×1014HzD．1.2×1015Hz10．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图4-2-8所示．则可判断出（）图4-2-8A．甲光的频率大于乙光的频率B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能11．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k随入射光频率ν变化的E k-ν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.24 eV，若将二者的图线画在同一个E k-ν坐标图中，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是如图所示中的（）。

量子概念的诞生教案一、教学目标1、让学生了解量子概念诞生的历史背景和重要意义。

2、帮助学生理解经典物理学在解释微观世界现象时遇到的困难。

3、使学生掌握量子概念的基本内涵和主要特点。

二、教学重难点1、重点（1）量子概念诞生的历史进程和关键人物的贡献。

（2）理解能量量子化的概念及其对物理学发展的影响。

2、难点（1）微观世界中量子现象与经典物理观念的冲突。

（2）如何引导学生从宏观的经典物理思维过渡到微观的量子思维。

三、教学方法1、讲授法通过讲解，向学生传授量子概念诞生的相关知识。

2、讨论法组织学生讨论经典物理学的局限性，激发学生的思考。

3、案例分析法通过具体的实验案例，帮助学生理解量子概念。

四、教学过程（一）导入新课通过展示一些日常生活中的宏观物理现象，如物体的运动、热传递等，引导学生思考这些现象背后的物理规律。

然后提出问题：当我们深入到微观世界，这些规律是否仍然适用？从而引出量子概念诞生的话题。

（二）量子概念诞生的历史背景19 世纪末，经典物理学已经取得了巨大的成功，能够很好地解释宏观世界中的各种物理现象。

然而，在面对一些微观世界的现象时，经典物理学却遇到了无法克服的困难。

比如，在研究黑体辐射问题时，经典物理学的理论预测与实验结果严重不符。

按照经典理论，黑体辐射的能量应该随着频率的增加而无限增大，这被称为“紫外灾难”。

（三）关键人物及其贡献1、普朗克德国物理学家普朗克为了解决黑体辐射问题，提出了一个大胆的假设：黑体辐射的能量不是连续的，而是以一份一份的形式存在，每一份的能量与辐射的频率成正比，比例常数被称为普朗克常数。

这一假设成功地解释了黑体辐射的实验结果，标志着量子概念的诞生。

2、爱因斯坦爱因斯坦进一步发展了量子概念，他提出了光量子假说，成功解释了光电效应。

光量子假说认为，光不仅具有波动性，还具有粒子性，光的能量是一份一份传播的，每一份称为一个光子。

（四）量子概念的基本内涵量子概念的核心是能量的量子化。

2 光电效应与光量子假说[目标定位] 1.知道光电效应现象，能说出光电效应的实验规律.2.能用爱因斯坦光电效应方程对光电效应作出解释，会用光电效应方程解决一些简单的问题.一、光电效应1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象． 2．光电子：光电效应中发射出来的电子． 3．光电效应的实验规律 (1)对于给定的光电阴极材料，都存在一个截止频率ν0，只有超过截止频率ν0的光，才能引起光电效应．(2)光电流的大小由光强决定，光强愈大，光电流愈大．(3)光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系．(4)光电效应具有瞬时性：光电效应中产生电流的时间不超过10－9s.想一想 紫外线灯照射锌板，为什么与锌板相连的验电器指针张开一个角度？答案 紫外线灯照射锌板，发生光电效应现象，锌板上的电子飞出锌板，使锌板带正电，与锌板相连的验电器也会因而带正电，使得验电器指针张开一个角度．二、爱因斯坦的光电效应方程1．光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频率为ν的光的能量子为hν.2．爱因斯坦光电效应方程的表达式：hν＝12mv 2＋A .其中A 为电子从金属内逸出表面时所需做的功．想一想 怎样从能量守恒角度理解爱因斯坦光电效应方程？答案 爱因斯坦光电效应方程中的hν是入射光子的能量，逸出功A 是光子飞出金属表面消耗的能量，12mv 2是光子的最大初动能，因此爱因斯坦光电效应方程符合能量的转化与守恒定律．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、光电效应现象1．光电效应的实质：光现象――→转化为电现象．2．光电效应中的光包括不可见光和可见光．3．光电子：光电效应中发射出来的光电子，其本质还是电子．【例1】 一验电器与锌板相连(如图1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．图1(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________(填“增大”、“减小”或“不变”)．(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________(填“有”或“无”)偏转．答案 (1)减小 (2)无解析 当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转．当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小．使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外光比黄光的频率还要低，更不可能使锌板发生光电效应．能否发生光电效应与入射光的强弱无关．二、光电效应的实验规律1．对光电效应的理解(1)入射光的强度：指单位时间内照射到金属表面单位面积上的光子的总能量，是由入射光子数和入射光子的频率决定的．可用P ＝nhν表示，其中n 为单位时间内的光子数．(2)在入射光频率不变的情况下，光的强度与单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数成正比．(3)对于不同频率的入射光，即使光的强度相等，在单位时间内照射到金属单位面积的光子数也不相同，从金属表面逸出的光电子数不同，形成的光电流不同．(4)饱和光电流：指光电流的最大值(即饱和值)，在光电流未达到最大值之前，因光电子尚未全部形成光电流，所以光电流的大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，电压越大，被吸引变成光电流的光电子越多．(5)饱和光电流与入射光的强度成正比：在入射光频率不变的情况下，光电流的最大值与入射光的强度成正比．原因是在高电压下光电子个数决定了光电流大小，而电子个数决定于入射光强度．“频率高，光子能量大，光就强，产生的光电流也强”、“光电子的初动能大，电子跑得快，光电流就强”等说法均是错误的．总之，在理解光电效应规律时应特别注意以下几个关系： 照射光频率决定着⎩⎪⎨⎪⎧ 是否产生光电效应发生光电效应时光电子的最大初动能照射光强度决定着单位时间内发射出来的电子数2．爱因斯坦对光电效应的解释(1)饱和光电流与光强关系光越强，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和光电流越大，所以，入射光频率一定时，饱和光电流与光强成正比．(2)存在截止频率和遏止电压爱因斯坦的光电效应方程表明光电子的初动能与入射光频率成线性关系，与光强无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光强无关．光电效应方程同时表明，只有hν>A 0时，才有光电子逸出，ν0＝A 0h就是光电效应的截止频率．(3)光电效应具有瞬时性电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，所以光电效应几乎是瞬时发生的．【例2】 利用光电管研究光电效应实验如图2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( )图2A ．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过B ．用红光照射，电流表一定无电流通过C ．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D ．用频率为ν的可见光照射K ，当滑动变阻器的滑动触头向B 端滑动时，电流表示数可能不变答案 D解析 因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A 错误；因不知阴极K 的截止频率，所以用红光照射时，不一定发生光电效应，所以选项B 错误；即使U AK ＝0，电流表中也有电流，所以选项C 错误；当滑动触头向B 端滑动时，U AK 增大，阳极A 吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极A 时，电流达到最大，即饱和电流．若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大U AK ，光电流也不会增大，所以选项D 正确．针对训练1 (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 ．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D ．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关答案 AD解析 根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，选项A 正确；由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率和光强都有关，选项B 错误；保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，选项C 错误；遏止电压与产生的光电子的最大初动能有关，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，选项D 正确．三、光电效应方程的理解与应用1．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A ，电子离开金属表面时动能最大为E k ，根据能量守恒定律可知：E k ＝hν－A .2．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E k ＝hν－A >0，亦即hν>A ，ν>A h ＝νc ，而νc ＝A h恰好是光电效应的截止频率．3．E km ­ν曲线如图3所示是光电子最大初动能E km 随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．图3【例3】如图4所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于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( )图4A．1.9 eV B．0.6 eVC．2.5 eV D．3.1 eV答案 A解析由题意知光电子的最大初动能为E k＝eU c＝0．60 eV，所以根据光电效应方程E k＝hν－A可得A＝hν－E k＝(2.5－0.6) eV＝1.9 eV针对训练2 (多选)如图5所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E k与入射光频率ν的关系图像，由图像可知( )图5A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E答案AB解析题中图像反映了光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－A，知当入射光的频率恰为该金属的截止频率ν0时，光电子的最大初动能E k＝0，此时有hν0＝A，即该金属的逸出功等于hν0，选项B正确；根据图线的物理意义，有A＝E，故选项A正确，而选项C、D错误.光电效应现象1．(多选)如图6所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )图6A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．使验电器指针发生偏转的是正电荷答案AD解析将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电．这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项A、D正确．红光不能使锌板发生光电效应．光电效应规律2．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( )A．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能将减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D．有可能不发生光电效应答案 C解析发生光电效应几乎是瞬时的，选项A错误；入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少，频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误；入射光子的数目减少，逸出的光电子数目也就减少，故选项C正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D错误．3．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是( )A．延长光照时间B．增大光的强度C．换用波长较短的光照射D．换用频率较低的光照射答案 C解析光照射金属时能否产生光电效应，取决于入射光的频率是否大于金属的截止频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A、B、D均错误；又因ν＝cλ，所以选项C正确．光电效应方程的理解与应用4．(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大答案AD解析增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项A正确；光电效应能否发生与照射光频率有关，与照射光强度无关，选项B错误；改用频率较小的光照射时，如果光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，否则，不能发生光电效应，选项C错误；光电子的最大初动能E k＝hν＝A，故改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大，选项D正确．5．如图所示，N为金属板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示．已知金属板的逸出功为 4.8 eV.现分别用不同能量的光子照射金属板(各光子的能量已在图上标出)，那么各图中没有光电子到达金属网的是________(填正确答案标号)．能够到达金属网的光电子的最大动能是________eV.答案AC 0.5解析因为金属板的逸出功为4.8 eV，所以能发生光电效应的是B、C、D，B所加的电压为正向电压，则电子一定能到达金属网；C光电子的最大初动能为1.0 eV，根据动能定理知电子不能到达金属网；D光电子的最大初动能为2.0 eV，根据动能定理光电子能够到达金属网．故没有光电子达到金属网的是A、C；D项中逸出的光电子最大初动能为E k＝ε光－A＝6.8 eV－4.8 eV＝2.0 eV，到达金属网时最大动能为0.5 eV.(时间：60分钟)题组一光电效应的现象及规律1．(多选)光电效应实验中，下列表述中正确的是( )A．光照时间越长光电流越大B．入射光足够强就可以有光电流C．遏止电压与入射光的频率有关D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子答案CD解析光电效应中有无光电流与入射光的强弱、照射时间长短无关，A、B错．遏止电压与入射光频率有关，入射光频率越大，光电子的最大初动能也越大，而E k＝eU c，故U c也越大，C正确．任何金属都有一个极限频率，只有入射光的频率大于极限频率时，才能产生光电效应，D正确．2．(多选)在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连，用弧光灯(紫外线)照射锌板时，静电计的指针就张开一个角度，如图1所示，这时( )图1A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．若用黄光照射锌板，则可能不产生光电效应现象D．若用红光照射锌板，则锌板能发射光电子答案BC解析锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，故锌板带正电，指针上的部分电子被吸引到锌板上发生中和，使指针带正电，B对、A错；红光和黄光的频率都小于紫外线的频率，都可能不产生光电效应，C对、D错．3．(多选)用紫光照射某金属恰可发生光电效应，现改用较弱的太阳光照射该金属，则( ) A．可能不发生光电效应B．逸出光电子的时间明显变长C．逸出光电子的最大初动能不变D．单位时间逸出光电子的数目变小答案CD解析由于太阳光含有紫光，所以照射金属时发生光电效应且逸出光电子的最大初动能不变，又因为光强变弱，所以单位时间逸出光电子的数目变小，C、D正确，A错误；产生光电效应的时间几乎是瞬时的，B错误．4．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( )A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生B．光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比C．发生光电效应的时间一般都大于10－7 sD．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比答案 D解析由ε＝hν＝h cλ知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，故A错；由E k＝hν－A知，最大初动能由入射光频率决定，与入射光的强度无关，故B错；发生光电效应的时间一般不超过10－9 s，故C错．5．(多选)如图2所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过．其原因可能是( )图2A．入射光太弱B．入射光波长太长C．光照时间太短D．电源正负极接反答案BD解析金属存在截止频率，超过截止频率的光照射金属才会有光电子射出．发射的光电子的动能随频率的增大而增大，动能小时不能克服反向电压，也不能有光电流．入射光的频率低于截止频率，不能产生光电效应，与光照强弱无关，选项B正确，A错误；电路中电源正负极接反，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，D正确；光电效应的产生与光照时间无关，C错误．6．(多选)一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是( )A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能增加C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加答案AD解析光电效应的规律表明：入射光的频率决定是否发生光电效应以及发生光电效应时逸出的光电子的最大初动能的大小．当入射光的频率增加后，逸出的光电子的最大初动能也增加，又紫光的频率高于绿光的频率．而增加光的照射强度，会使单位时间内逸出的光电子数增加．故正确选项有A、D.题组二光电效应方程及应用7．(多选)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k，下列说法正确的是( ) A．对于同种金属，E k与照射光的强度无关B．对于同种金属，E k与照射光的波长成反比C．对于同种金属，E k与照射光的频率成线性关系D．对于不同种金属，若照射光频率不变，E k与金属的逸出功成线性关系答案ACD解析E k＝hν－A＝h cλ－A，同种金属逸出功相同，最大初动能与照射光强度无关，与照射光的波长有关但不是反比例函数关系，最大初动能与入射光的频率成线性关系，不同种金属，保持入射光频率不变，最大初动能E k与逸出功成线性关系．8．用不同频率的光分别照射钨和锌，产生光电效应，根据实验可画出光电子的最大初动能E k随入射光频率ν变化的E k­ν图线．已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功为3.34 eV，若将二者的图线画在同一个E k­ν坐标系中，则正确的图是( )答案 A解析根据光电效应方程E k＝hν－A可知，E k­ν图像的斜率为普朗克常量h，因此图中两线应平行，故C、D错误；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子动能为零)时的入射光频率即极限频率．由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的入射光的频率越高，所以能使金属锌发生光电效应的极限频率高，所以A正确、B错误．9．在光电效应实验中，某金属的截止频率对应的波长为λ0，该金属的逸出功为________．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为________．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.答案 hc λ0 hc e ·λ0－λλ0λ题组三 综合应用10．几种金属的逸出功A 0见下表：波长的范围为4.0×10－7～7.6×10－6 m ，普朗克常数h ＝6.63×10－34 J·s.答案 钠、钾、铷能发生光电效应解析 光子的能量ε＝hc λ，当λ＝4.0×10－7 m 时， ε≈5.0×10－19 J.根据ε>A 0判断，钠、钾、铷能发生光电效应．11．分别用λ和34λ的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1∶3.以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？答案 5hc 6λ解析 设此金属的逸出功为A ，根据光电效应方程得如下两式：当用波长为λ的光照射时：E k1＝hc λ－A ①当用波长为34λ的光照射时：E k2＝4hc 3λ－A ② 又E k1E k2＝13③ 解①②③组成的方程组得：A ＝5hc 6λ. 12．铝的逸出功为4.2 eV ，现用波长200 nm 的光照射铝的表面．已知h ＝6.63×10－34 J·s，求：(1)光电子的最大初动能；(2)遏止电压；(3)铝的截止频率．答案 (1)3.225×10－19 J (2)2.016 V(3)1.014×1015 Hz解析 (1)根据光电效应方程E k ＝hν－A 有E k ＝hc λ－A ＝6.63×10－34×3.0×108200×10－9 J －4.2×1.6×10－19 J ＝3.225×10－19 J (2)由E k ＝eU c 可得U c ＝E k e ＝3.225×10－191.6×10－19 V ＝2.016 V. (3)hνc ＝A 知νc ＝A h ＝4.2×1.6×10－196.63×10－34 Hz ＝1.014×1015 Hz.。