【金牌學案】年高中物理 第十七章 2 光的粒子性課件 新人教選修35

2光的粒子性

知識點1光電效應

如圖17－2－1所示，用弧光燈照射鋅板，與鋅板相連的驗電器就帶正電，即鋅板也帶正電．這說明鋅板在光的照射下發(fā)射出了______．電子圖17－2－1(1)定義：在光的照射下物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象，叫做光電效應，發(fā)射出來的電子叫做________．光電子

【特別提醒】定義中的光包括不可見光，使鋅板發(fā)射出電子的光是弧光燈發(fā)出的紫外線.轉成為

知識點2光電效應解釋中的疑難

1．逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功，用字母_____表示，____________________．2．經典電磁理論無法解釋的現(xiàn)象：W0(1)光電子初動能與光強無關，與光的頻率有關；(2)光電效應產生的時間極短，電子吸收光的能量是瞬間完成的．不同金屬的逸出功不同知識點3康普頓效應和光子的動量1．光的散射光在介質中與物質微粒相互作用，光的________________的現(xiàn)象叫做光的散射．傳播方向發(fā)生改變

2．康普頓效應 在散射射線中，除有與入射波長相同的射線外，還有波長比入射射線波長更長的射線．人們把這種波長變化的現(xiàn)象叫做康普頓效應．3．康普頓效應的解釋

假定X射線光子與電子發(fā)生完全彈性碰撞，這種碰撞跟臺球比賽中的兩球碰撞很相似．按照愛因斯坦的光子說，一個X射線光子不僅具有能量E＝hν，而且還有動量．如圖17－2－2所示．這個光子與靜止的電子發(fā)生彈性斜碰，光子把部分能量轉移給了電子，能量由hν減小為hν′，因此頻率減小，波長增大．同時，光子還使電子獲得一定的動量．這樣就圓滿地解釋了康普頓效應．圖17－2－2知識點4光電效應的實驗規(guī)律

研究光電效應的實驗裝置(如圖17－2－3所示)陰極K和陽極A是密封在真空玻璃管中的兩個電極，K在受到光照時能夠發(fā)射光電子．電源加在K與A之間的電壓大小可以調整，正負極也可以對調．實驗結果表明：圖17－2－3(1)存在著飽和電流．

在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓增大，光電流趨于一個飽和值．即在一定的光照條件下，單位時間內陰極K發(fā)射的光電子的數(shù)目是一定的，電壓增加到一定值時，所有光電子都被陽極A吸收，這時再增大電壓，電流也不會增大．實驗表明，入射光越強，單位時間內發(fā)射的光電子數(shù)越多．

(2)存在著遏止電壓和截止頻率．①使光電流減小到零的反向電壓Uc稱為遏止電壓．遏止電壓的一定頻率的光，無論光強如何，遏止電壓都是一樣的．

②入射光的頻率減小到某一數(shù)值νc時，不發(fā)生光電效應．νc

稱為截止頻率或極限頻率．當入射光的頻率小于截止頻率時，不論光多么強，光電效應都不會發(fā)生．

實驗表明：光電子的能量與入射光的頻率有關，而與入射光的強弱無關；當入射光的頻率低于截止頻率時不能發(fā)生光電效應；不同金屬的截止頻率不同．(3)光電效應具有瞬時性．

當入射光頻率超過截止頻率時，無論入射光怎樣微弱，光照到金屬時，都會立即產生光電流，產生電流的時間不超過10-9s.【例題】(雙選)如圖17－2－4所示為一一真空光光電管的的應用電路，其其陰極金金屬材料料的極限限頻率為為4.5××1014Hz，則以下下判斷正確的是是()圖17－2－4A．發(fā)生光光電效應應時，電電路中光光電流的的飽和值值取決于于入射光的頻率率B．發(fā)生光光電效應應時，電電路中光光電流的的飽和值值取決于于入射光的強度度C．用λ＝0.5μμm的光照射射光電管時，，電路中中有光電電流產生生D．光照射射時間越越長，電電路中的的電流越越大解析：在光電管管中若發(fā)發(fā)生了光光電效應應，單位位時間內內發(fā)射光光電子的數(shù)數(shù)目只與與入射光光的強度度有關，，光電流流的飽和和值只與與單位時間內發(fā)發(fā)射光電電子的數(shù)數(shù)目有關關．據(jù)此此可判斷斷A、D錯誤．波波長1014Hz，可發(fā)生生光電效效應，所所以選項項B、C正確．答案：BC1.(雙選，2011年汕頭二二模)如圖17－2－5所示，用用導線把驗電器器與鋅板板相連接接，當用用紫外線線照射鋅板板時，發(fā)發(fā)生的現(xiàn)現(xiàn)象是()圖17－2－5A．有光子子從鋅板板逸出B．有電子子從鋅板板逸出C．驗電器器指針張張開一個個角度D．鋅板帶帶負電答案：BC知識點51．光子說說圖17－2－64．光子說說對光電電效應的的解釋(1)飽和光電電流與光光強關系系光越強，，包含的的光子數(shù)數(shù)越多，，照射金金屬時產產生的光光電子越越多，因而而飽和光光電流越越大，所所以，入入射光頻頻率一定定時，飽飽和光電流與光光強成正正比．(2)存在截止止頻率和和遏止電電壓愛因斯坦坦的光電電效應方方程表明明光電子子的初動動能與入入射光頻頻率呈線性性關系，，與光強強無關，，所以遏遏止電壓與光強無關．光電效應方程同時表明，只有hν>W0時，才有光(3)效應具有有瞬時性性電子一次次性吸收收光子的的全部能能量，不不需要積積累能量量的時間間，所以光電電效應幾幾乎是瞬瞬時發(fā)生生的．【例題】如圖17－2－7所示，，一光光電管管的陰陰極用用極限波長長λ0＝5000??的鈉制制成，，光電電管陽陽極A和陰極極K之間的的電勢勢差U＝2.1V，用波波長λ＝3000?的紫外外線照照射陰陰極，，飽和和光電電流的的值(當陰極極K發(fā)射的的電子子全部部到達達陽極極A時，電電路中中的電電流達達到最大值，，稱為飽和和光電流)Im＝0.56μμA.求：圖17－2－7(1)每秒內由K極發(fā)射的光光電子數(shù)目；(2)電子到達A極時的最大大動能；(3)如果電勢差差U不變，而照照射光的強強度增到原原值的三倍倍，此時電子到到達A極的最大動動能是多大大？(普朗克常量量h＝(3)根據(jù)光電效效應規(guī)律，，光電子的的最大初動動能與入射射光的強度無關，如如果電壓U不變，則電電子到達A極的最大動動能不會變變，答案：見解析2．(2011年陽春質檢檢)如圖17－2－8所示是做光光電效應實實驗裝置的簡簡圖．在抽抽成真空的玻璃璃管內，K為陰極(用金屬銫制制成，發(fā)生光光電效應的的逸出功為為1.9eV)，A為陽極．在在a、b間不接任何電電源，用頻頻率為ν(高于銫的極極限頻率)的單色光照照射陰極K，會發(fā)現(xiàn)電電流表指針針有偏轉．．這時，若若在a、b間接入直流流電源，a接正極，b接負極，并并使a、b間電壓從零零開始逐漸漸增大，發(fā)現(xiàn)當當電壓表的的示數(shù)增大大到2.1V時，電流表表的示數(shù)剛剛好減小到零零．求：：(1)a、b間未接直直流電源時，，通過電電流表的的電流方方向；(2)從陰極K發(fā)出的光光電子的的最大初初動能Ek是多少焦焦？(3)入射單色色光的頻頻率是多多少？圖17－2－8題型1光電效應應【例題】入射光照照射到某某金屬表表面上發(fā)發(fā)生了光光電效應應，若入射光的的強度減減弱，而而頻率保保持不變變，則下下列說法法中正確確的是()A．從光照照射到金金屬表面面上到發(fā)發(fā)射出光光電子之之間的時時間間隔將明顯顯增加B．逸出的的光電子子的最大大初動能能將減小小C．單位時時間從金金屬表面面逸出的的光電子子數(shù)目將將減少D．有可能能不發(fā)生生光電效效應解析：入射光的的強度取取決于入入射光子子數(shù)和入入射光的的頻率，，入射光的的頻率保保持不變變，強度度減弱，，單位時時間入射射光子數(shù)數(shù)將減少，但光光子的能能量不變變，可見見仍能發(fā)發(fā)生光電電效應，，發(fā)生光光電效應時，光光電子的的產生幾幾乎都是是瞬時的的，與入入射光強強度無關關，故A、D錯誤；根根據(jù)愛因因斯坦光光電效應應方程，，逸出光光電子的的最大初動能與與入射光光的頻率率有關，，跟入射射光的強強度無關關，所以以B也是錯誤的的；由于于逸出電電子與入入射光子子的一對對一的關關系，當當光的強度減弱弱時，單單位時間間入射光光子數(shù)減減少，因因此單位位時間內內逸出的光電子數(shù)也也將減少．答案：C規(guī)律總結：對光的強度和和光子能量的的關系不理解解，對用光子說解釋光電電效應的物理理模型不明確確是解答該類類習題出現(xiàn)錯錯誤的主要原因．．牢記光電效效應中的兩條條規(guī)律，理解解光子說對光光電效應的解釋，，利用一對一一的關系理解解光電效應方方程是解決此此類問題的前提條條件．答案：B題型2Ek－ν圖象【例題】在圖17－2－9所示的裝置中中，K為一個金屬板板，A為一個金屬電極極，都密封在在真空玻璃管管中，單色光光可通過玻璃璃殼照在K上，E為可調直流電電源．實驗發(fā)發(fā)現(xiàn)，當用某某種頻率的單單色光照射K時，K會發(fā)出電子(光電效應)，這時，即使使A、K間的電壓等于于零，回路中也有電流，，當A的電勢低于K時，電流仍不不為零．A的電勢比K低得越多，電電流越小，當當A比K的電勢低到某某一值Uc(遏止電壓)時，電流消失．當當改變照射光光的頻率ν時，遏止電壓壓Uc也將隨之改變變．如果某次實驗我我們測出的一一系列數(shù)據(jù)如如圖17－2－10所示，若知道道電子的電荷量e，則根據(jù)圖象象求出該金屬屬的極限頻率率和逸出功W0以及普朗克常量h.圖17－2－9圖17－2－10解析：由圖17－2－10知，數(shù)據(jù)對應應的點幾乎落落在一條直線上，直線與與ν軸的交點ν0即為該金屬的的極限頻率．．因此當照射射光的頻率為ν0時，遏止電壓壓Uc＝0，說明在此頻頻率下，金屬屬板剛好發(fā)生光電電效應．設光光電子的最大大初動能為Ek，根據(jù)光電效效應方程有hν＝W0＋Ek【規(guī)律總結】由愛因斯坦的的光電效應方方程Ek＝hν－W0，又因為對某種金屬而言言，逸出功和和極限頻率是是確定的，故故Ek和ν呈線性關系，，如圖17－2－11所示．(1)橫軸上的截距距的物理含義義是光電管陰陰極材料的極限頻率；不不同的金屬一一般不同．(2)縱軸上的截距的物理理含義是光電電管陰極材料料的逸出功的負值；不不同金屬的極極限頻率率不同同，對對應的的金屬的的逸出出功也也不同同．(3)斜率的的物理理含義義是普普朗克常常量．．對所所有的的金屬屬而言言，在在同一一坐標標系中的圖圖線都都是相相互平平行的的．圖17－2－112．已知金金屬甲甲發(fā)生生光電電效應應時產產生光光電子子的最最大初初動能能跟入射光光的頻頻率關關系如如圖17－2－12中直線線1所示．．現(xiàn)用用某單單色光照射射金屬屬甲的的表面面，產產生光光電子子的最最大初初