[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.知道光電效應(yīng)現(xiàn)象，了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，知道光電效應(yīng)與電磁理論的矛盾(重點(diǎn))。2.理解愛因斯坦光子說(shuō)及對(duì)光電效應(yīng)的解釋，會(huì)用光電效應(yīng)方程解決一些簡(jiǎn)單問(wèn)題(難點(diǎn))。
一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律
如圖所示，把一塊鋅板連接在驗(yàn)電器上，并使鋅板帶負(fù)電，驗(yàn)電器指針張開，用紫外線燈照射鋅板。
(1)觀察到驗(yàn)電器指針如何變化？
(2)這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明什么？
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1．光電效應(yīng)現(xiàn)象
(1)光電效應(yīng)：照射到金屬表面的光，能使金屬中的________從表面逸出的現(xiàn)象。
(2)光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)的_________________________________________________。
2．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律
(1)存在___________或極限頻率νc：當(dāng)入射光的頻率________某一數(shù)值νc時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)。
實(shí)驗(yàn)表明，不同金屬的截止頻率________。換句話說(shuō)，截止頻率與金屬______________有關(guān)。
(2)存在________________：在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流趨于一個(gè)飽和值。頻率不變時(shí)，入射光越強(qiáng)，飽和電流________。
這表明對(duì)于一定頻率(顏色)的光，入射光________，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)________。
(3)存在____________：使光電流減小到________的反向電壓Uc，且滿足eq \f(1,2)mevc2＝eUc。遏止電壓的存在意味著光電子具有一定的________________。
同一種金屬對(duì)于一定頻率的光，無(wú)論光的強(qiáng)弱如何，遏止電壓都是一樣的。光的頻率改變時(shí)遏止電壓也會(huì)________。這意味著對(duì)于同一種金屬，光電子的能量只與入射光________有關(guān)，而與光的________無(wú)關(guān)。
(4)光電效應(yīng)具有____________________：當(dāng)頻率超過(guò)截止頻率νc時(shí)，無(wú)論入射光怎樣微弱，照到金屬時(shí)會(huì)____________產(chǎn)生光電流。
3．光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難
(1)逸出功：使電子脫離某種金屬，外界對(duì)它做功的________值，用W0表示。不同種類的金屬，其逸出功的大小________________(填“相同”或“不相同”)。
(2)光電效應(yīng)經(jīng)典解釋
①不應(yīng)存在________頻率。
②遏止電壓Uc應(yīng)該與光的強(qiáng)弱______關(guān)。
③電子獲得逸出表面所需的能量需要的時(shí)間________________實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生光電流的時(shí)間。
如圖是研究光電效應(yīng)的電路圖。請(qǐng)結(jié)合裝置圖及產(chǎn)生的現(xiàn)象回答下列問(wèn)題：
(1)保持入射光的強(qiáng)度不變，滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)(增加電壓)時(shí)，電流表示數(shù)不變，而光強(qiáng)增加時(shí)，保持所加電壓不變，電流表示數(shù)會(huì)增大，這說(shuō)明了什么？
(2)若將電源的正負(fù)極對(duì)調(diào)，當(dāng)光強(qiáng)增大時(shí)，遏止電壓不變，而入射光的頻率增加時(shí)，遏止電壓卻增加，這一現(xiàn)象說(shuō)明了什么？
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例1 (2022·洛陽(yáng)市月考改編)如圖所示，在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)分別用a、b兩種單色光照射鋅板。發(fā)現(xiàn)用a光照射時(shí)與鋅板連接的驗(yàn)電器的指針張開一定角度；用b光照射時(shí)與鋅板連接的驗(yàn)電器的指針不動(dòng)。下列說(shuō)法正確的是( )
A．增大b光的照射強(qiáng)度，驗(yàn)電器的指針有可能張開一定角度
B．a(chǎn)光在真空中的波長(zhǎng)大于b光在真空中的波長(zhǎng)
C．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率
D．若用b光照射另一種金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則用a光照射該金屬時(shí)可能不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)
例2 (2022·鎮(zhèn)江市高二期末)利用如圖所示的電路研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，滑片P的位置在O點(diǎn)的正上方。已知入射光的頻率大于陰極K的截止頻率，且光的強(qiáng)度較大，則( )
A．減弱入射光的強(qiáng)度，遏止電壓變小
B．P不移動(dòng)時(shí)，微安表的示數(shù)為零
C．P向a端移動(dòng)，微安表的示數(shù)增大
D．P向b端移動(dòng)，光電子到達(dá)陽(yáng)極A的最大動(dòng)能增大
二、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論
1．光子：光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為______，其中h為普朗克常量。這些能量子后來(lái)稱為________。
2．愛因斯坦光電效應(yīng)方程
(1)表達(dá)式：hν＝______________________或Ek＝________________。
(2)物理意義：金屬中電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是________，在這些能量中，一部分大小為W0的能量被電子用來(lái)脫離金屬，剩下的是逸出后電子的________________。其中Ek為光電子的________初動(dòng)能。
3．光電效應(yīng)方程對(duì)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋
(1)只有當(dāng)hν________W0時(shí)，才有光電子逸出，νc＝________就是光電效應(yīng)的截止頻率。
(2)光電子的最大初動(dòng)能Ek與________________________________有關(guān)，而與光的________無(wú)關(guān)。這就解釋了遏止電壓和光強(qiáng)無(wú)關(guān)。
(3)電子________________吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，光電流自然幾乎是瞬時(shí)產(chǎn)生的。
(4)對(duì)于同種顏色(頻率ν相同)的光，光________時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大。
愛因斯坦光電效應(yīng)方程給出了光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系。但是，很難直接測(cè)量光電子的動(dòng)能，容易測(cè)量的是遏止電壓Uc，怎樣得到Uc與ν、W0的關(guān)系？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(1)“光子”就是“光電子”的簡(jiǎn)稱。( )
(2)逸出功的大小與入射光無(wú)關(guān)。( )
(3)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比。( )
(4)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度成正比。( )
例3 (多選)某同學(xué)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，開始時(shí)，滑動(dòng)變阻器滑片c移到最右端b點(diǎn)。用光子能量為4.2 eV的光照射到光電管上，此時(shí)電流表G有讀數(shù)。向左移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片c，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.5 V時(shí)，電流表讀數(shù)為0，則以下說(shuō)法正確的是( )
A．光電子最大初動(dòng)能為2.7 eV
B．光電管陰極的逸出功為2.7 eV
C．當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí)，斷開開關(guān)，電流表示數(shù)不再為零
D．將電源的正負(fù)極調(diào)換，滑動(dòng)變阻器滑片從b移到a，電流表的示數(shù)一直增大
例4 A、B兩種光子的能量之比為2∶1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能分別為EkA、EkB，普朗克常量為h，則下列說(shuō)法正確的是( )
A．A、B兩種光子的頻率之比為1∶2
B．所產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能之比為2∶1
C．該金屬的逸出功W0＝EkA－2EkB
D．該金屬的截止頻率νc＝eq \f(EkA－EkB,h)

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2 光電效應(yīng)

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