人教版選修3－5 17.2 光的粒子性 課件（23張）.ppt

17 2光的粒子性 一 光電效應(yīng)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)射出來的 3 光電效應(yīng)的實驗規(guī)律 1 對于給定的光電陰極材料 都存在一個截止頻率 0 只有 截止頻率 0的光 才能引起光電效應(yīng) 2 光電流的大小由 決定 光強愈大 光電流愈大 3 光電子的最大初動能與入射光的 成線性關(guān)系 電子 電子 超過 光強 頻率 4 光電效應(yīng)具有瞬時性 光電效應(yīng)中產(chǎn)生電流的時間不超過10 9s 想一想紫外線燈照射鋅板 為什么與鋅板相連的驗電器指針張開一個角度 答案紫外線燈照射鋅板 發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象 鋅板上的電子飛出鋅板 使鋅板帶正電 與鋅板相連的驗電器也會因而帶正電 使得驗電器指針張開一個角度 二 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程1 光子說 光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的 這些能量子被稱為 頻率為 的光的能量子為 光子 h 想一想怎樣從能量守恒角度理解愛因斯坦光電效應(yīng)方程 一 光電效應(yīng)現(xiàn)象2 光電效應(yīng)中的光包括不可見光和可見光 3 光電子 光電效應(yīng)中發(fā)射出來的光電子 其本質(zhì)還是電子 例1 一驗電器與鋅板相連 如圖所示 用一紫外線燈照射鋅板 關(guān)燈后 驗電器指針保持一定偏角 1 現(xiàn)用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸 則驗電器指針偏角 圖 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(zhuǎn) 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(zhuǎn) 答案 1 減小 2 無解析當(dāng)用紫外線燈照射鋅板時 鋅板發(fā)生光電效應(yīng) 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(zhuǎn) 當(dāng)帶負(fù)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小 使驗電器指針回到零 用鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板 驗電器指針無偏轉(zhuǎn) 說明鈉燈發(fā)出的黃光的頻率小于鋅的極限頻率 而紅外光比黃光的頻率還要低 更不可能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng) 能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強弱無關(guān) 二 光電效應(yīng)的實驗規(guī)律1 對光電效應(yīng)的理解 1 入射光的強度 指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的光子的總能量 是由入射光子數(shù)和入射光子的頻率決定的 可用p nh 表示 其中n為單位時間內(nèi)的光子數(shù) 2 在入射光頻率不變的情況下 光的強度與單位時間內(nèi)照射到金屬表面上單位面積的光子數(shù)成正比 3 對于不同頻率的入射光 即使光的強度相等 在單位時間內(nèi)照射到金屬單位面積的光子數(shù)也不相同 從金屬表面逸出的光電子數(shù)不同 形成的光電流不同 4 飽和光電流 指光電流的最大值 即飽和值 在光電流未達(dá)到最大值之前 因光電子尚未全部形成光電流 所以光電流的大小不僅與入射光的強度有關(guān) 還與光電管兩極間的電壓有關(guān) 電壓越大 被吸引變成光電流的光電子越多 5 飽和光電流與入射光的強度成正比 在入射光頻率不變的情況下 光電流的最大值與入射光的強度成正比 原因是在高電壓下光電子個數(shù)決定了光電流大小 而電子個數(shù)決定于入射光強度 頻率高 光子能量大 光就強 產(chǎn)生的光電流也強 光電子的初動能大 電子跑得快 光電流就強 等說法均是錯誤的 總之 在理解光電效應(yīng)規(guī)律時應(yīng)特別注意以下幾個關(guān)系 2 愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋 1 飽和光電流與光強關(guān)系光越強 包含的光子數(shù)越多 照射金屬時產(chǎn)生的光電子越多 因而飽和光電流越大 所以 入射光頻率一定時 飽和光電流與光強成正比 2 存在截止頻率和遏止電壓 決定著 決定著 3 光電效應(yīng)具有瞬時性電子一次性吸收光子的全部能量 不需要積累能量的時間 所以光電效應(yīng)幾乎是瞬時發(fā)生的 例2 利用光電管研究光電效應(yīng)實驗如圖所示 用頻率為 的可見光照射陰極k 電流表中有電流通過 則 a 用紫外線照射 電流表不一定有電流通過 圖 b 用紅光照射 電流表一定無電流通過c 用頻率為 的可見光照射k 當(dāng)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 的可見光照射k 當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭向b端滑動時 電流表示數(shù)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(yīng) 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(dāng)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(dāng)所有光電子都到達(dá)陽極a時 電流達(dá)到最大 即飽和電流 若在滑動前 電流已經(jīng)達(dá)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(xùn)練1入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng) 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(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少d 有可能不發(fā)生光電效應(yīng)答案c 解析發(fā)生光電效應(yīng)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(nèi)的入射光子數(shù)目減少 頻率不變 說明光子能量不變 逸出的光電子的最大初動能也就不變 選項b錯誤 入射光子的數(shù)目減少 逸出的光電子數(shù)目也就減少 故選項c正確 入射光照射到某金屬上發(fā)生光電效應(yīng) 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(yīng) 故選項d錯誤 三 光電效應(yīng)方程的理解與應(yīng)用1 光電效應(yīng)方程實質(zhì)上是能量守恒方程能量為e h 的光子被電子吸收 電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引 另一部分就是電子離開金屬表面時的動能 如果克服吸引力做功最少為a 電子離開金屬表面時動能最大為ek 根據(jù)能量守恒定律可知 ek h a 2 光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件 3 ekm 曲線如圖所示是光電子最大初動能ekm隨入射光頻率 的變化曲線 這里 橫軸上的截距是截止頻率或極限頻率 縱軸上的截距是逸出功的負(fù)值 斜率為普朗克常量 例3 如圖所示 當(dāng)電鍵k斷開時 用光子能量為2 5ev的一束光照射陰極p 發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零 合上電鍵 調(diào)節(jié)滑動變阻器 發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0 60v時 電流表讀數(shù)仍不為零 當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0 60v時 電流表讀數(shù)為零 由此可知陰極材料的逸出功為 a 1 9evb 0 6evc 2 5evd 3 1ev 答案a解析由題意知光電子的最大初動能為ek euc 0 60ev 所以根據(jù)光電效應(yīng)方程ek h a可得a h ek 2 5 0 6 ev 1 9ev 針對訓(xùn)練2如圖4 2 5所示是某金屬在光的照射下 光電子最大初動能ek與入射光頻率 的關(guān)系圖象 由圖象可知 a 該金屬的逸出功等于eb 該金屬的逸出功等于h 0c 入射光的頻率為 0時 產(chǎn)生的光電子的最大初動能為e 圖4 2 5 d 入射光的頻率為2 0時 產(chǎn)生的光電子的最大初動能為2e 解析題中圖