人教版《光电效应》高中物理课件.pptx
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- 光电效应 人教版 高中物理 课件
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1、第1课时光电效应第四章2光电效应1.知道光电效应现象,了解光电效应的实验规律.2.知道光电效应与电磁理论的矛盾.3.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释,会用光电效应方程解决 一些简单问题.学习目标知识梳理重点探究随堂演练课时对点练内容索引NEIRONGSUOYIN一、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 从表面逸出的现象.2.光电子:光电效应中发射出来的 .3光电效应的实验规律(1)存在 频率:当入射光的频率低于截止频率时 (填“能”或“不”)发生光电效应.(2)存在 电流:在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越 .(3)存在 电压:使光电流减小到 的反向
2、电压Uc,且满足_eUc.(4)光电效应具有瞬时性:光电效应几乎是瞬时发生的.知识梳理电子电子截止不饱和大遏止0二、光电效应经典解释中的疑难1.逸出功:使电子脱离某种金属,外界对它做功的 值,用W0表示.不同种类的金属,其逸出功的大小 (填“相同”或“不相同”).2.光电效应经典解释(1)不应存在 频率.(2)遏止电压Uc应该与光的强弱 关.(3)电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远 于实验中产生光电流的时间.最小不相同截止有大三、爱因斯坦的光电效应理论1.光子:光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,频率为的光的能量子为 ,其中h为普朗克常量.这些能量子后来称为 .2.爱因斯坦光电效应
3、方程(1)表达式:h 或Ek .(2)物理意义:金属中电子吸收一个光子获得的能量是 ,在这些能量中,一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属,剩下的是逸出后电子的 .(3)Uc与、W0的关系表达式:Uc_.图像:Uc图像是一条斜率为_的直线.光子EkW0hW0h初动能Ekh1.判断下列说法的正误.(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应.()(2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关.()(3)“光子”就是“光电子”的简称.()(4)逸出功的大小与入射光无关.()(5)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比.()即学即用2.某金属的逸出功为W0,则这种金属的截止频率c_,用波长
4、为的光照射该金属的表面,光电子的最大初动能Ek_.(已知普朗克常量为h,光速为c)重点探究一、光电效应的实验规律经典解释中的疑难导学探究图1是研究光电效应的电路图.图图1(1)闭合开关后,当电压表的示数为0时,电流表的示数不是0,说明了什么?答案说明发生了光电效应现象.(2)闭合开关,将滑动变阻器的滑片向右移动,会观察到什么现象?说明了什么?答案电压表、电流表的示数均增大,当电流增大到一定值后,滑动变阻器的滑片再向右移动,电流也不再增大.说明存在饱和电流.(3)若将电源的正负极对调,闭合开关,滑动变阻器的滑片向右移动时,又会观察到什么现象?说明了什么?答案电压表示数增大,电流表示数减小,最后电
5、流表的示数可能减小到0.说明存在遏止电压.知识深化1.光电效应的实验规律光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个截止频率,入射光的频率必须大于等于这个截止频率才能发生光电效应,低于这个截止频率则不能发生光电效应.(2)发生光电效应时,光电子的最大初动能与入射光的强度无关,随入射光频率的增大而增大.(3)大于截止频率的光照射金属时,光电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比.(4)光电效应的发生几乎是瞬时的,产生电流的时间不超过109 s.练习1:读出课本P20“小数据”中物体的运动速度,说明哪个物体运动得最快,哪个物体运动得最慢人步行和骑自行车时的运动速度分别是多少?
6、(1)遵守的规律:电荷数守恒、质量数守恒(2)波长dlx.1滑块与小车的临界问题(1)测质量:用天平测出两小车的质量.16(8分)我国“嫦娥一号”月球探测器在绕月球成功运行之后,为进一步探测月球的详细情况,又发射了一颗绕月球表面飞行的科学实验卫星假设该卫星绕月球做圆周运动,月球绕地球也做圆周运动,且轨道都在同一平面内已知卫星绕月球运动的周期T0,地球表面处的重力加速度g,地球半径为R0,月心与地心间的距离为r,万有引力常量为G,试求:AZXAZ1Y01e衰变实质2个质子和2个中子师同学们表现得太棒了单位统一以后,很容易就能比较出谁运动得快了,谁快呢?(4)交流与评估先现场调查班里近视学生的人数
7、,再出示我的调查表,激起学生保护眼睛的欲望,学生讨论总结保护眼睛的措施。给学生一个展示才华的舞台,使学生感受到物理就在身边,激发学生学习物理的兴趣。(组织学生讨论)液体有重力,所以对底部有压强;液体跟固体不同,有流动性。容器壁阻挡着它流动,它就会对容器壁有压强。从而引入新课。师请同学们继续观看学校田径运动会上100 m决赛的盛况(3)实验:一个小球静止,拉起另一个小球,放下时它们相碰2.光电效应实验相关概念的理解光电效应实验相关概念的理解(1)光电子:光电效应中发射出来的电子,其本质还是电子.(2)饱和电流金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱
8、和值,这个饱和值是饱和电流,在一定条件下,饱和电流与所加电压大小无关,只与入射光的强度有关.入射光越强,饱和电流越大.即:入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多.(3)遏止电压截止频率逸出功遏止电压:使光电流减小到零的反向电压.用符号Uc表示.计算方法:eUc0Ek遏止电压与入射光的频率有关.入射光的频率不变,遏止电压不变,入射光的频率改变,遏止电压改变.这表明光电子的能量只与入射光的频率有关.截止频率:能使某种金属发生光电效应的入射光的最小频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率).不同的金属对应着不同的截止频率.逸出功:电子从金属中挣脱出来,要克服金属表面层的一种力做功,电子脱离某种金属
9、所需做功的最小值叫作这种金属的逸出功.不同金属的逸出功不同.3.光电效应与经典电磁理论的矛盾光电效应与经典电磁理论的矛盾按光的电磁理论,应有:(1)不存在截止频率,任何频率的光都能产生光电效应.(2)光越强,光电子的初动能越大,遏止电压与光的强弱有关.(3)在光很弱时,放出电子的时间应远大于109 s.显然这三条与光电效应的实验规律相矛盾.例1在演示光电效应实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连,用紫外线灯照射锌板时,验电器的指针张开一个角度,如图2所示,下列说法正确的是A.验电器的指针带正电B.若仅增大紫外线的频率,则锌板的逸出功增大C.若仅增大紫外线灯照射的强度,则单位时间内 产生的
10、光电子数减少D.若仅减小紫外线灯照射的强度,则可能不发生 光电效应图图2解析锌板原来不带电,用紫外线灯照射锌板时,验电器的指针发生了偏转,说明锌板在紫外线灯的照射下发生了光电效应,发生光电效应时,锌板向空气中发射电子,所以锌板带正电,验电器的指针也带正电,故A正确;金属的逸出功与金属本身的材料有关,与外界光的频率无关,故B错误;增大紫外线灯照射的强度,即单位时间内照在梓板上的光子数增多,所以单位时间内产生的光电子数增多,故C错误;能否发生光电效应与光照强度无关,取决于入射光的频率和金属截止频率之间的关系,故D错误.例2(2020北京北师大二附中高二月考)用如图3所示的装置研究光电效应现象,当用
11、某种频率的光照射到光电管上时,电流表 的读数为I.则A.将开关S断开,也会有电流流过电流表B.将变阻器的触点c向a移动,光电子到达阳极时的速度必 将变小C.如果减小入射光的光强,光电管中可能不会有光电子产生D.如果将电池极性反转,光电管中可能不会有光电子产生图图3解析开关S断开,由于仍能发生光电效应,光电子仍能到达阳极,故也会有电流流过电流表,故A正确;将变阻器的触点c向a移动,所加正向电压增大,则光电子到达阳极时的速度必将变大,故B错误;只要光的频率不变,就能发生光电效应,即光电管中有光电子产生,故C错误;将电池极性反转,光电管中仍然有光电子产生,只是电流表读数可能为零,故D错误.二、爱因斯
12、坦的光电效应理论1.光子说:光子说的提出说明了光是由光子组成的.光子的能量h,决定于光的频率.光的强度与光子的数目有关,在频率一定的情况下,光越强,单位时间内单位面积上的光子数越多.2.光电效应方程:EkhW0(1)式中的Ek是光电子的最大初动能,就某个光电子而言,其离开金属时剩余动能大小可以是0Ek范围内的任何数值.(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程.能量为h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初动能.如要克服吸引力做功最少为W0,则电子离开金属表面时动能最大为Ek,根据能量守恒定律可知:EkhW0.3.光子说对光电效应的解
13、释(1)饱和电流与光照强度的关系:同种频率的光,光照强度越大,包含的光子数越多,照射金属时产生的光电子越多,因而饱和电流越大.(2)存在截止频率和遏止电压:由爱因斯坦光电效应方程知,光电子的最大初动能与入射光频率有关,与光强无关,所以遏止电压由入射光频率决定,与光强无关.例3(2020安徽师大附中期中)A、B两种光子的能量之比为21,它们都能使某种金属发生光电效应,且所产生的光电子的最大初动能分别为EA、EB,普朗克常量为h,则下列说法正确的是A.A、B两种光子的频率之比为12B.所产生光电子的最大初动能之比为21C.该金属的逸出功W0EA2EB解析由h 知,光子的能量与频率成正比,则A、B两
14、种光子的频率之比为21,故A错误;针对训练(多选)(2017全国卷)在光电效应实验中,分别用频率为a、b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Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量.下列说法正确的是A.若ab,则一定有UaUbB.若ab,则一定有EkaEkbC.若UaUb,则一定有EkaEkbD.若ab,则一定有haEkahbEkb生汽车的速度比火车大,所以汽车跑得快(二)过程和方法2对电磁波的理解(3)x1、x2均为沿动量方向相对于同一参考系的位移师:用一个塑料袋装满水,用一个钉子从底部扎一小孔,水就会从底部流出。师读得非常正确“时”是“小时”的
15、简称在计算和用中文符号书写单位时,要用简称所以写作“千米时(kmh)”,读作“千米每小时”同学们还要注意在物理课中不要沿用小学数学中以长度单位作速度单位的方法,不要说:“速度是每秒米或速度是每小时千米”饱和光电流:Im(电流的最大值)(2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的,跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关(2)如果卫星B绕行方向与地球自转方向相同,某时刻A、B两卫星相距最近(O、A、B在同一直线上),则至少经过多长时间,它们再一次相距最近?4获得核能的途径:(1)重核裂变;(2)轻核聚变在探究液体压强规律的过程中,练习使用类比法(四
16、)远视眼的成因和矫正以质量为m1、速度为v1的小球与质量为m2的静止小球发生正面弹性碰撞为例,则有一、原子的核式结构解析由爱因斯坦光电效应方程得,EkhW0,由动能定理得,EkeU,若用a、b单色光照射同种金属时,逸出功W0相同.当ab时,一定有EkaEkb,UaUb,故选项A错误,B正确;若UaUb,则一定有EkaEkb,故选项C正确;因逸出功相同,有W0 ha Eka hb Ekb,故选项D错误.1.(光电效应的实验规律)(2020应县高二期中)下列关于光电效应的叙述不正确的是A.对任何一种金属都存在一个“极限频率”,入射光的频率必须大于等 于这个频率,才能产生光电效应B.光电流的大小与入
17、射光的强度有关C.用不可见光照射金属一定比可见光照射金属产生的光电子的最大初动 能要大D.光电效应几乎是瞬时发生的随堂演练1234解析根据产生光电效应的条件可知,对任何一种金属都存在一个“极限频率”,入射光的频率必须大于等于这个频率,才能产生光电效应,故A正确;入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目,即影响光电流的大小,故B正确;红外线属于不可见光,且红外线的频率比可见光的频率小,根据光电效应方程知,产生的光电子的最大初动能小,故C错误;根据光电效应的特点可知,光电效应几乎是瞬时发生的,故D正确.12342.(光电效应规律的理解)(多选)(2020平顶山市第一中学高二开学考试)如图4所示是
18、一个研究光电效应的电路图,下列叙述中正确的是A.保持光照条件不变,滑片P向右滑动的过程中,电流 表示数将一直增大B.只调换电源的极性,移动滑片P,当电流表示数为零 时,电压表示数为遏止电压Uc的数值C.阴极K需要预热,光束照射后需要一定的时间才会有 光电流D.不改变光速颜色和电路,增大入射光束强度,电流表示数会增大123图图44解析当其他条件不变,滑片P向右滑动,加在光电管两端的电压增加,光电子运动更快,电流表示数变大,若电流达到饱和电流,则电流表示数不再继续增大,故A错误;123因为光电效应的发生是瞬时的,故阴极K不需要预热,故C错误;只增大入射光束强度时,单位时间内产生的光电子数变多,电流
19、表示数变大,故D正确.43.(光电效应方程的理解)(2019东莞市高二模拟)运用光子说对下列光电效应现象进行解释,可以得出的正确结论是A.当光照时间增大为原来的2倍时,光电流的强度也增大为原来的2倍B.当入射光频率增大为原来的2倍时,光电子的最大初动能也增大为原 来的2倍C.当入射光波长增大为原来的2倍时,光电子的最大初动能也增大为原 来的2倍D.当入射光强度增大为原来的2倍时,单位时间内产生的光电子数目也 增大为原来的2倍1234123解析根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0可知,当入射光频率增大为原来的2倍时,产生光电子的最大初动能大于原来的两倍,光电流的强度与光照时间无关,故A、B错误;当
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