【金牌學(xué)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(shí)點(diǎn)1光電效應(yīng)

如圖17－2－1所示，用弧光燈照射鋅板，與鋅板相連的驗(yàn)電器就帶正電，即鋅板也帶正電．這說(shuō)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(yīng)，發(fā)射出來(lái)的電子叫做________．光電子

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

知識(shí)點(diǎn)2光電效應(yīng)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(jīng)典電磁理論無(wú)法解釋的現(xiàn)象：W0(1)光電子初動(dòng)能與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，與光的頻率有關(guān)；(2)光電效應(yīng)產(chǎn)生的時(shí)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(shí)點(diǎn)3康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量1．光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)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(yīng) 在散射射線中，除有與入射波長(zhǎng)相同的射線外，還有波長(zhǎng)比入射射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線．人們把這種波長(zhǎng)變化的現(xiàn)象叫做康普頓效應(yīng)．3．康普頓效應(yīng)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(tái)球比賽中的兩球碰撞很相似．按照愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)，一個(gè)X射線光子不僅具有能量E＝hν，而且還有動(dòng)量．如圖17－2－2所示．這個(gè)光子與靜止的電子發(fā)生彈性斜碰，光子把部分能量轉(zhuǎn)移給了電子，能量由hν減小為hν′，因此頻率減小，波長(zhǎng)增大．同時(shí)，光子還使電子獲得一定的動(dòng)量．這樣就圓滿地解釋了康普頓效應(yīng)．圖17－2－2知識(shí)點(diǎn)4光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖17－2－3所示)陰極K和陽(yáng)極A是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極，K在受到光照時(shí)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(diào)整，正負(fù)極也可以對(duì)調(diào)．實(shí)驗(yàn)結(jié)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(gè)飽和值．即在一定的光照條件下，單位時(shí)間內(nèi)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(shí)，所有光電子都被陽(yáng)極A吸收，這時(shí)再增大電壓，電流也不會(huì)增大．實(shí)驗(yàn)表明，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)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(wú)論光強(qiáng)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(shí)，不發(fā)生光電效應(yīng)．νc

稱為截止頻率或極限頻率．當(dāng)入射光的頻率小于截止頻率時(shí)，不論光多么強(qiáng)，光電效應(yīng)都不會(huì)發(fā)生．

實(shí)驗(yàn)表明：光電子的能量與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)；當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)；不同金屬的截止頻率不同．(3)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性．

當(dāng)入射光頻率超過(guò)截止頻率時(shí)，無(wú)論入射光怎樣微弱，光照到金屬時(shí)，都會(huì)立即產(chǎn)生光電流，產(chǎn)生電流的時(shí)間不超過(guò)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(yīng)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(yīng)應(yīng)時(shí)，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(yīng)應(yīng)時(shí)，電電路中光光電流的的飽和值值取決于于入射光的強(qiáng)度度C．用λ＝0.5μμm的光照射射光電管時(shí)，，電路中中有光電電流產(chǎn)生生D．光照射射時(shí)間越越長(zhǎng)，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(yīng)應(yīng)，單位位時(shí)間內(nèi)內(nèi)發(fā)射光光電子的數(shù)數(shù)目只與與入射光光的強(qiáng)度度有關(guān)，，光電流流的飽和和值只與與單位時(shí)間內(nèi)發(fā)發(fā)射光電電子的數(shù)數(shù)目有關(guān)關(guān)．據(jù)此此可判斷斷A、D錯(cuò)誤．波波長(zhǎng)1014Hz，可發(fā)生生光電效效應(yīng)，所所以選項(xiàng)項(xiàng)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(dǎo)線把驗(yàn)電器器與鋅板板相連接接，當(dāng)用用紫外線線照射鋅板板時(shí)，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(yàn)電器器指針張張開(kāi)一個(gè)個(gè)角度D．鋅板帶帶負(fù)電答案：BC知識(shí)點(diǎn)51．光子說(shuō)說(shuō)圖17－2－64．光子說(shuō)說(shuō)對(duì)光電電效應(yīng)的的解釋(1)飽和光電電流與光光強(qiáng)關(guān)系系光越強(qiáng)，，包含的的光子數(shù)數(shù)越多，，照射金金屬時(shí)產(chǎn)產(chǎn)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(shí)，飽飽和光電流與光光強(qiáng)成正正比．(2)存在截止止頻率和和遏止電電壓愛(ài)因斯坦坦的光電電效應(yīng)方方程表明明光電子子的初動(dòng)動(dòng)能與入入射光頻頻率呈線性性關(guān)系，，與光強(qiáng)強(qiáng)無(wú)關(guān)，，所以遏遏止電壓與光強(qiáng)無(wú)關(guān)．光電效應(yīng)方程同時(shí)表明，只有hν>W0時(shí)，才有光(3)效應(yīng)具有有瞬時(shí)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(shí)間間，所以光電電效應(yīng)幾幾乎是瞬瞬時(shí)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(zhǎng)長(zhǎng)λ0＝5000??的鈉制制成，，光電電管陽(yáng)陽(yáng)極A和陰極極K之間的的電勢(shì)勢(shì)差U＝2.1V，用波波長(zhǎng)λ＝3000?的紫外外線照照射陰陰極，，飽和和光電電流的的值(當(dāng)陰極極K發(fā)射的的電子子全部部到達(dá)達(dá)陽(yáng)極極A時(shí)，電電路中中的電電流達(dá)達(dá)到最大值，，稱為飽和和光電流)Im＝0.56μμA.求：圖17－2－7(1)每秒內(nèi)由K極發(fā)射的光光電子數(shù)目；(2)電子到達(dá)A極時(shí)的最大大動(dòng)能；(3)如果電勢(shì)差差U不變，而照照射光的強(qiáng)強(qiáng)度增到原原值的三倍倍，此時(shí)電子到到達(dá)A極的最大動(dòng)動(dòng)能是多大大？(普朗克常量量h＝(3)根據(jù)光電效效應(yīng)規(guī)律，，光電子的的最大初動(dòng)動(dòng)能與入射射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，如如果電壓U不變，則電電子到達(dá)A極的最大動(dòng)動(dòng)能不會(huì)變變，答案：見(jiàn)解析2．(2011年陽(yáng)春質(zhì)檢檢)如圖17－2－8所示是做光光電效應(yīng)實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)簡(jiǎn)圖．在抽抽成真空的玻璃璃管內(nèi)，K為陰極(用金屬銫制制成，發(fā)生光光電效應(yīng)的的逸出功為為1.9eV)，A為陽(yáng)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(huì)發(fā)現(xiàn)電電流表指針針有偏轉(zhuǎn)．．這時(shí)，若若在a、b間接入直流流電源，a接正極，b接負(fù)極，并并使a、b間電壓從零零開(kāi)始逐漸漸增大，發(fā)現(xiàn)當(dāng)當(dāng)電壓表的的示數(shù)增大大到2.1V時(shí)，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(shí)，，通過(guò)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(dòng)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(yīng)應(yīng)【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(yīng)應(yīng)，若入射光的的強(qiáng)度減減弱，而而頻率保保持不變變，則下下列說(shuō)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(shí)時(shí)間間隔將明顯顯增加B．逸出的的光電子子的最大大初動(dòng)能能將減小小C．單位時(shí)時(shí)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(yīng)解析：入射光的的強(qiáng)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(qiáng)度度減弱，，單位時(shí)時(shí)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(jiàn)見(jiàn)仍能發(fā)發(fā)生光電電效應(yīng)，，發(fā)生光光電效應(yīng)時(shí)，光光電子的的產(chǎn)生幾幾乎都是是瞬時(shí)的的，與入入射光強(qiáng)強(qiáng)度無(wú)關(guān)關(guān)，故A、D錯(cuò)誤；根根據(jù)愛(ài)因因斯坦光光電效應(yīng)應(yīng)方程，，逸出光光電子的的最大初動(dòng)能與與入射光光的頻率率有關(guān)，，跟入射射光的強(qiáng)強(qiáng)度無(wú)關(guān)關(guān)，所以以B也是錯(cuò)誤的的；由于于逸出電電子與入入射光子子的一對(duì)對(duì)一的關(guān)關(guān)系，當(dāng)當(dāng)光的強(qiáng)度減弱弱時(shí)，單單位時(shí)間間入射光光子數(shù)減減少，因因此單位位時(shí)間內(nèi)內(nèi)逸出的光電子數(shù)也也將減少．答案：C規(guī)律總結(jié)：對(duì)光的強(qiáng)度和和光子能量的的關(guān)系不理解解，對(duì)用光子說(shuō)解釋光電電效應(yīng)的物理理模型不明確確是解答該類(lèi)類(lèi)習(xí)題出現(xiàn)錯(cuò)錯(cuò)誤的主要原因．．牢記光電效效應(yīng)中的兩條條規(guī)律，理解解光子說(shuō)對(duì)光光電效應(yīng)的解釋，，利用一對(duì)一一的關(guān)系理解解光電效應(yīng)方方程是解決此此類(lèi)問(wèn)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(gè)金屬板板，A為一個(gè)金屬電極極，都密封在在真空玻璃管管中，單色光光可通過(guò)玻璃璃殼照在K上，E為可調(diào)直流電電源．實(shí)驗(yàn)發(fā)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用某某種頻率的單單色光照射K時(shí)，K會(huì)發(fā)出電子(光電效應(yīng))，這時(shí)，即使使A、K間的電壓等于于零，回路中也有電流，，當(dāng)A的電勢(shì)低于K時(shí)，電流仍不不為零．A的電勢(shì)比K低得越多，電電流越小，當(dāng)當(dāng)A比K的電勢(shì)低到某某一值Uc(遏止電壓)時(shí)，電流消失．當(dāng)當(dāng)改變照射光光的頻率ν時(shí)，遏止電壓壓Uc也將隨之改變變．如果某次實(shí)驗(yàn)我我們測(cè)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(duì)應(yīng)應(yīng)的點(diǎn)幾乎落落在一條直線上，直線與與ν軸的交點(diǎn)ν0即為該金屬的的極限頻率．．因此當(dāng)照射射光的頻率為ν0時(shí)，遏止電壓壓Uc＝0，說(shuō)明在此頻頻率下，金屬屬板剛好發(fā)生光電電效應(yīng)．設(shè)光光電子的最大大初動(dòng)能為Ek，根據(jù)光電效效應(yīng)方程有hν＝W0＋Ek【規(guī)律總結(jié)】由愛(ài)因斯坦的的光電效應(yīng)方方程Ek＝hν－W0，又因?yàn)閷?duì)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(guān)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(fù)值；不不同金屬的極極限頻率率不同同，對(duì)對(duì)應(yīng)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(duì)所所有的的金屬屬而言言，在在同一一坐標(biāo)標(biāo)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(yīng)應(yīng)時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生光光電子子的最最大初初動(dòng)能能跟入射光光的頻頻率關(guān)關(guān)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(chǎn)產(chǎn)生光光電子子的最最大初初