2022_2023学年新教材高中物理第四章波粒二象性第一二节光电效应光电效应方程及其意义课件粤教版选择性必修第三册.pptx

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1、第四章第四章|波粒二象性波粒二象性第一、二节光电效应光电效应方程及其意义第一、二节光电效应光电效应方程及其意义核心素养点击核心素养点击 物理观念物理观念(1)知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律。知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律。(2)初步了解能量子假说和光子假说。初步了解能量子假说和光子假说。(3)理解掌握光电效应方程。理解掌握光电效应方程。科学思维科学思维应用光电效应方程解决实际问题。应用光电效应方程解决实际问题。科学探究科学探究通过实验了解光电效应的实验规律。通过实验了解光电效应的实验规律。科学态度科学态度与责任与责任体会光电效应和量子化知识对人们认识物质世界的影响，领体会光

2、电效应和量子化知识对人们认识物质世界的影响，领会科学是不断发展永无止境的。会科学是不断发展永无止境的。发射电子发射电子光电子光电子饱和饱和截止截止遏止遏止eUc(3)经典电磁理论解释的困难经典电磁理论解释的困难无法解无法解释释_频频率的存在。率的存在。无法解释遏止电压只与入射光无法解释遏止电压只与入射光的的_有有关，与入射光关，与入射光的的_无无关。关。2判一判判一判(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应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金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。()(3)当当频频率率超超过过截截止止

3、频频率率c时时，入入射射光光照照射射到到金金属属表表面面上上时时，光光电电子子几几乎乎是是瞬瞬时时发射的发射的。()截止截止频率频率强度强度3选一选选一选当用一束紫外线照射锌板时，发生了光电效应，这当用一束紫外线照射锌板时，发生了光电效应，这时时()A锌板带负电锌板带负电B有正离子从锌板逸出有正离子从锌板逸出C有电子从锌板逸出有电子从锌板逸出D锌板会吸附空气中的正离子锌板会吸附空气中的正离子解解析析：锌板板在在紫紫外外线的的照照射射下下发生生了了光光电效效应，锌板板上上有有电子子逸逸出出，所所以以锌板板带正正电，C正确，正确，A、B、D错误。答案：答案：C二、光电效应方程及其意义二、光电效应方

4、程及其意义1填一填填一填(1)能能量量子子假假说说：物物体体热热辐辐射射所所发发出出的的电电磁磁波波的的能能量量是是_的的，只只能能是是_的的整整数倍。数倍。(2)普朗克常量：普朗克常量：h_。(3)量子化：物理量量子化：物理量_的现象。的现象。(4)光光量量子子：_指指出出，光光的的能能量量不不是是连连续续的的，而而是是一一份份一一份份的的光光量量子子，后后来被称为来被称为_。一个光子的能量。一个光子的能量_。不连续不连续h6.631034 Js分立取值分立取值爱因斯坦爱因斯坦光子光子hEkW0逸出功逸出功2判一判判一判(1)看似连续的光实际上是由分立的光子组成的看似连续的光实际上是由分立的

5、光子组成的。()(2)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。()(3)光电子的最大初动能与入射光的强度有关光电子的最大初动能与入射光的强度有关。()3想一想想一想不不同同频频率率的的光光照照射射到到同同一一金金属属表表面面发发生生光光电电效效应应时时，光光电电子子的的最最大大初初动动能能是是否相同？否相同？提提示示：由由于于同同一一金金属属的的逸逸出出功功相相同同，而而不不同同频率率的的光光的的光光子子能能量量不不同同，由由光光电效效应方程可知，方程可知，发生光生光电效效应时，逸出的光，逸出的光电子的最大初子的最大初动能是不同的。能是不同的。探究探究(一

6、一)能量的量子化和光电效应能量的量子化和光电效应问题驱动问题驱动在在第第二二十十一一届届的的高高交交会会上上，薛薛定定谔谔计计算算机机的的现现身身让让很很多多人人都都感感到到震震撼撼，这这是是中中国国第第一一款款数数字字“量量子子计计算算机机”，薛薛定定谔谔量量子子计计算算机机在在量量子子纠纠缠缠和和量量子子测测量量误误差差方方面处于领先地位。量子这个概念最早是谁提出来的？面处于领先地位。量子这个概念最早是谁提出来的？提示：提示：普朗克。普朗克。重难释解重难释解1能量子和量子数能量子和量子数(1)内内涵涵：振振动动着着的的带带电电微微粒粒的的能能量量只只能能是是某某一一最最小小能能量量值值的的

7、整整数数倍倍，En，当当带带电电微微粒粒辐辐射射或或吸吸收收能能量量时时，也也是是以以这这个个最最小小能能量量值值为为单单位位一一份份一一份份地地辐辐射射或或吸收，这个不可再分的最小能量值吸收，这个不可再分的最小能量值叫作能量子，叫作能量子，n就是量子数。就是量子数。(2)特特点点：辐辐射射或或吸吸收收能能量量时时以以这这个个最最小小能能量量值值为为单单位位一一份份一一份份地地辐辐射射或或吸吸收收，即即只只能能从从某某一一状状态态“飞飞跃跃”地地过过渡渡到到另另一一状状态态，而而不不可可能能停停留留在在不不符符合合这这些些能能量量的的任何一个中间状态。任何一个中间状态。2能能量量子子的的能能量

8、量公公式式：h，其其中中是是电电磁磁波波的的频频率率，h称称为为普普朗朗克克常常量量。h6.631034 Js。3能量子假说的意义能量子假说的意义(1)普普朗朗克克的的能能量量子子假假说说，使使人人类类对对微微观观世世界界的的本本质质有有了了全全新新的的认认识识，对对现现代代物物理理学的发展产生了革命性的影响。学的发展产生了革命性的影响。(2)普普朗朗克克常常量量h是是自自然然界界最最基基本本的的常常量量之之一一，它它体体现现了了微微观观世世界界的的基基本本特特征征，架架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。4光电效应的五组概念光电效应的五组概念(1)光光子子与与

9、光光电电子子：光光子子指指光光在在空空间间传传播播时时的的每每一一份份能能量量，光光子子不不带带电电；光光电电子子是是金金属属表表面面受受到到光光照照射射时时发发射射出出来来的的电电子子，其其本本质质是是电电子子，光光子子是是光光电电效效应应的的因因，光光电子是果。电子是果。(2)光电子的初动能与光电子的最大初动能。光电子的初动能与光电子的最大初动能。光光照照射射到到金金属属表表面面时时，光光子子的的能能量量全全部部被被电电子子吸吸收收，电电子子吸吸收收了了光光子子的的能能量量，可可能能向向各各个个方方向向运运动动，需需克克服服原原子子核核和和其其他他原原子子的的阻阻碍碍而而损损失失一一部部分

10、分能能量量，剩剩余余部分为光电子的初动能。部分为光电子的初动能。只只有有金金属属表表面面的的电电子子直直接接向向外外飞飞出出时时，只只需需克克服服原原子子核核的的引引力力做做功功，才才具具有有最最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。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)光光子子的的能能量量与与入入射射光光的的强强度度：光光子子的的能能量量即即每每个个光光子子的的能能量量，其其值值为为h(为光光子子的的频率率)，其其大大小小由由光光的的频频率率决决定定。入入射射光光的的强强度度指指单单位位时时间间内内照照射射到到金金属属表表面面单单位位面面积积上上的的总总

11、能能量量，入入射射光光的的强强度度等等于于单单位位时时间间内内光光子子能能量量h与与入入射光子数射光子数n的乘积。即光强等于的乘积。即光强等于nh。(4)光光电电流流和和饱饱和和光光电电流流：金金属属板板飞飞出出的的光光电电子子到到达达阳阳极极，回回路路中中便便产产生生光光电电流流，随随着着所所加加正正向向电电压压的的增增大大，光光电电流流趋趋于于一一个个饱饱和和值值，这这个个饱饱和和值值是是饱饱和和光光电电流流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。(5)光光的的强强度度与与饱饱和和光光电电流流：饱饱和和光光电电流流与与入入射射光

12、光强强度度成成正正比比的的规规律律是是对对频频率率相相同同的的光光照照射射金金属属产产生生光光电电效效应应而而言言的的。对对于于不不同同频频率率的的光光，由由于于每每个个光光子子的的能能量量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。典典例例1 如如图所示为一个真空光电管的应用电路，其阴极金属材料图所示为一个真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的的极极限频率为限频率为4.51014 Hz，则以下判断正确的，则以下判断正确的是是 ()A无无论论用用怎怎样样频频率率的的单单色色光光照照射射光光电电管管，只只要要照照射射足足够够的的时时间间

13、都都能能在在电电路路中中产生光电流产生光电流B用用0.5 m的光照射光电管时，电路中有光电流产生的光照射光电管时，电路中有光电流产生C发发生生光光电电效效应应后后，增增加加照照射射光光电电管管的的入入射射光光的的频频率率，电电路路中中的的饱饱和和光光电电流流就一定增加就一定增加D发生光电效应后，增加电源电压，电路中的光电流一定增加发生光电效应后，增加电源电压，电路中的光电流一定增加解解析析入入射射光光的的频率率小小于于极极限限频率率时，无无论照照射射多多长时间也也不不能能产生生光光电流流，A错误；根根据据c，当当0.5 m时，6.01014 Hz，大大于于极极限限频率率，能能发生生光光电效效应

14、产生生光光电流流，B正正确确；饱和和光光电流流和和入入射射光光的的频率率无无关关，C错误；增增加加电源源电压，光，光电流不一定增加，流不一定增加，D错误。答案答案B光电效应规律的应用光电效应规律的应用(1)入入射射光光的的频率率相相同同，发生生光光电效效应时光光电子子的的最最大大初初动能能相相同同，故故遏遏止止电压相同。相同。(2)光光电流流未未达达到到饱和和值之之前前，其其大大小小不不仅与与入入射射光光的的强度度有有关关，还与与光光电管两极管两极间的的电压有关，只有在光有关，只有在光电流达到流达到饱和和值以后才和入射光的以后才和入射光的强度成正比。度成正比。素养训练素养训练1(多选多选)光电

15、效应实验的装置如图所示，用弧光灯照射锌板，验电光电效应实验的装置如图所示，用弧光灯照射锌板，验电器器指指针张开一个角度，则下面说法中正确的针张开一个角度，则下面说法中正确的是是 ()A用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转用紫外线照射锌板，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锌板带的是负电荷锌板带的是负电荷D使验电器指针发生偏转的是正电荷使验电器指针发生偏转的是正电荷解解析析：用用弧弧光光灯灯照照射射锌板板(弧弧光光灯灯发出出紫紫外外线)，验电器器指指针张开开一一个个角角度度，说明明锌板板带了了电。在在紫紫外外线的的照照射射下下，

16、锌板板中中有有一一部部分分自自由由电子子从从表表面面飞出出来来，锌板板中中缺缺少少电子子，于于是是带正正电荷荷，选项A、D正正确确，C错误；绿光光不不一一定定能能使使锌板板发生光生光电效效应，B错误。答案：答案：AD2(多多选选)现现用用某某一一光光电电管管进进行行光光电电效效应应实实验验，当当用用某某一一频频率率的的光光入入射射时时，有有光光电电流流产产生。下列说法正确的生。下列说法正确的是是 ()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，饱和光电流变大入射光的频率变高，饱和光电流变大C入射光的频率变高，

17、光电子的最大初动能变大入射光的频率变高，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，始终有光电流产生生解解析析：根根据据光光电效效应规律律，保保持持入入射射光光的的频率率不不变，入入射射光光的的光光强变大大，则饱和和光光电流流变大大，选项A正正确确；由由爱因因斯斯坦坦光光电效效应方方程程知知，入入射射光光的的频率率变高高，产生生的的光光电子子最最大大初初动能能变大大，饱和和光光电流流与与入入射射光光的的强度度有有关关，选项B错误，C正正确确；保保持持入入射射光光的的光光强不不变，不不断断减减小小入入射射光光的的频

18、率率，当当入入射射光光的的频率率小小于于极极限限频率率时，就不能，就不能发生光生光电效效应，没有光，没有光电流流产生，生，选项D错误。答案：答案：AC3激激光光器器是是一一个个特特殊殊的的光光源源，它它发发出出的的光光便便是是激激光光，红红宝宝石石激激光光器器发发射射的的激激光光是是不不连连续续的的一一道道一一道道的的闪闪光光，每每道道闪闪光光称称为为一一个个光光脉脉冲冲，现现有有一一红红宝宝石石激激光光器器，发发射射功功率率为为1.01010 W，所所发发射射的的每每个个光光脉脉冲冲持持续续的的时时间间t1.01011 s，波波长长为为793.4 nm，问每列光脉冲的长度，问每列光脉冲的长度

19、L是多少？其中含有光子数是多少？其中含有光子数n是多少？是多少？答案：答案：3.0103 m3.991017个个探究探究(二二)光电效应方程及应用光电效应方程及应用问题驱动问题驱动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。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。光光电电现现象象由由德德国国物物理理学学家家赫赫兹兹于于1887年年发发现现，而而正正确确的的解解释释为为爱爱因因斯斯坦坦所所提提出出。科科学学家家们们对对光光电电效效应应的的深深入入研研究究对对发发展

20、展量量子子理理论论起起了了根根本本性性的的作作用用。光光电电效效应应在在现现代代科科技中有哪些应用呢？技中有哪些应用呢？提提示示：应用用光光电效效应的的产品品有有很很多多，主主要要是是两两个个方方面面：太太阳阳能能电池池和和光光电传感感器器，使使用用光光电传感感器器的的设备，常常见的的有有：光光控控路路灯灯、数数码照照相相机机、光光敏敏电阻阻、二二极极管、三极管等。管、三极管等。重难释解重难释解1对对光光电效应方程电效应方程hEkW0的四点理解的四点理解(1)式式中中的的Ek是是光光电电子子的的最最大大初初动动能能，就就某某个个光光电电子子而而言言，其其离离开开金金属属时时剩剩余余动动能能大大

21、小可以是小可以是0Ek范围内的任何数值。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。光电效应方程实质上是能量守恒方程。能能量量为为h的的光光子子被被电电子子吸吸收收，电电子子把把这这些些能能量量的的一一部部分分用用来来克克服服金金属属表表面面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能。对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能。如如果果克克服服吸吸引引力力做做功功最最少少，为为W0，则则电电子子离离开开金金属属表表面面时时动动能能最最大大，为为Ek，根据能量守恒定律可知：根据能量守恒定律可知：EkhW0。2光电效应规律中的两条线索、两个关系光电效应规律中的两条线索、两

22、个关系(1)两条线索两条线索(2)两个关系两个关系光强大光强大光子数目多光子数目多发射光电子多发射光电子多光电流大；光电流大；光子频率高光子频率高光子能量大光子能量大光电子的最大初动能大。光电子的最大初动能大。典典例例2在在研研究究光光电电效效应应实实验验中中，光光电电管管的的阴阴极极材材料料为为铯铯(Cs)，用用某某一一频频率率的的光光照照射射，实实验验测测得得光光电电流流随随电电压压变变化化的的图图像像如如图图所所示示。已已知知铯铯的的逸逸出出功功为为3.01019 J。(1)铯发生光电效应的极限频率是多少？铯发生光电效应的极限频率是多少？(2)本次实验的入射光频率是多少？本次实验的入射光

23、频率是多少？答案答案(1)4.521014 Hz(2)1.061015 Hz迁移迁移发散发散上上述述实实验验中中，若若用用频频率率相相同同、强强度度不不同同的的光光分分别别照照射射光光电电管管的的阴阴极极形形成成光光电电流，那么在下列光电流与电压的关系图像中，正确的流，那么在下列光电流与电压的关系图像中，正确的是是()答案：答案：C 素养训练素养训练1.如如图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率与入射光频率的的关关系图像，由图像可知，下列说法不正确的系图像，由图像可知，下列说法不正确的是是 ()A图线的斜率表示普朗克常量图线的斜

24、率表示普朗克常量hB该金属的逸出功等于该金属的逸出功等于EC该金属的逸出功等于该金属的逸出功等于h0D入射光的频率为入射光的频率为20时，产生的光电子的最大初动能为时，产生的光电子的最大初动能为2E解解析析：根根据据光光电效效应方方程程EkhW0，知知图线的的斜斜率率表表示示普普朗朗克克常常量量h，故故A正正确确；根根据据光光电效效应方方程程EkhW0，当当0时，EkW0，由由图像像知知纵轴截截距距E，所所以以W0E，即即该金金属属的的逸逸出出功功等等于于E，故故B正正确确；图线与与横横轴交交点点的的横横坐坐标是是0，该金金属属的的逸逸出出功功等等于于h0，故故C正正确确；当当入入射射光光的的

25、频率率为20时，根根据据光光电效效应方程可知，方程可知，Ekh20h0E，故，故D错误。答案：答案：D2如如图所示，阴极图所示，阴极K用极限波长用极限波长00.66 m的金属线制成，的金属线制成，用用波波长长0.50 m的绿光照射阴极的绿光照射阴极K，调整两个极板电压，调整两个极板电压，当当A板电压比阴极高出板电压比阴极高出2.5 V时，光电流达到饱和，电流表示时，光电流达到饱和，电流表示数数为为0.64 A。求：。求：(h6.631034 Js)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能；每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能；(2)如如果果把把照照射射阴阴

26、极极绿绿光光的的光光强强增增大大为为原原来来的的2倍倍，每每秒秒钟钟阴阴极极发发射射的的光光电电子子数和光电子飞出阴极的最大初动能。数和光电子飞出阴极的最大初动能。答案：答案：(1)4.01012个个9.61020 J(2)8.01012个个9.61020 J一、培养创新意识和创新思维一、培养创新意识和创新思维(选自鲁科版新教材课后练习选自鲁科版新教材课后练习)在某次光电效应实验中，得到的遏在某次光电效应实验中，得到的遏止止电电压压Uc与入射光的频率与入射光的频率的关系如图所示。若该直线的斜率和纵轴截的关系如图所示。若该直线的斜率和纵轴截距距分别分别为为k和和b，电子电荷量的绝对值为，电子电荷

27、量的绝对值为e，试用上述物理量表示普朗克，试用上述物理量表示普朗克常常量量和所用材料的逸出功大小。和所用材料的逸出功大小。答案答案kebe二、注重学以致用和思维建模二、注重学以致用和思维建模1太太阳阳辐辐射射到到地地球球表表面面单单位位面面积积的的电电磁磁波波的的功功率率P0约约为为1 400 W/m2。其其中中包包含含了了各各种种波波长长的的红红外外线线、可可见见光光、紫紫外外线线等等，以以可可见见光光部部分分最最强强。为为了了研研究究方方便便，我我们们认认为为太太阳阳光光辐辐射射到到地地球球表表面面的的电电磁磁波波全全部部是是波波长长0约约为为600 nm(1 nm109 m)的的可可见见

28、光光，每每秒秒至至少少有有5个个这这样样的的光光子子进进入入人人眼眼才才能能引引起起视视觉觉，人人眼眼睛睛的的瞳瞳孔孔面面积积约约为为S010 mm2，则则人人眼眼能能看看到到的的最最远远的的与与太太阳阳相相同同的的恒恒星星与与地地球球的的距距离离R与与日日地地距距离离r的的比比值值约约为为(已已知光速知光速c3108 m/s，普朗克常量，普朗克常量h6.631034 Js)()A9104B9107C91010 D91014答案：答案：B2(2021天天津津南南开开区区模模拟拟)(多多选选)2018年年10月月，利利用用光光的的力力量量来来操操纵纵细细胞胞的的光光镊镊技技术术发发明明者者，美美

29、国国物物理理学学家家阿阿瑟瑟阿阿什什金金获获得得诺诺贝贝尔尔物物理理学学奖奖。原原来来光光在在接接触触物物体体后后，会会对对物物体体产产生生力力的的作作用用，这这个个来来自自光光的的微微小小作作用用可可以以让让微微小小的的物物体体(如如细细胞胞)发发生生无无损损移移动动，这这就就是是光光镊镊技技术术。因因此此，在在光光镊镊系系统统中中，光光路路的的精精细细控控制制非非常常重重要要。对对此此下列说法正确的下列说法正确的是是 ()A光镊技术说明了光具有粒子性光镊技术说明了光具有粒子性B红色激光光子动量大于绿色激光光子动量红色激光光子动量大于绿色激光光子动量C在同一玻璃透镜中，红色激光的速度相比绿色激光较大在同一玻璃透镜中，红色激光的速度相比绿色激光较大D在光镊系统中，红色激光相比绿色激光更容易发生全反射在光镊系统中，红色激光相比绿色激光更容易发生全反射答案：答案：AC