人教版高中物理選擇性必修第三冊第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第2節(jié)光電效應(yīng)課件

物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第2節(jié)光電效應(yīng)[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。2．知道光電效應(yīng)中極限頻率的概念及其與光的電磁理論的矛盾。3．知道光子說及其對光電效應(yīng)的解釋。4．掌握愛因斯坦光電效應(yīng)方程并會用來解決簡單問題。5．了解康普頓效應(yīng)，知道光子不僅具有能量，而且具有動量。6．理解光的波粒二象性。知識點(diǎn)1光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1．光電效應(yīng)的定義：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出，這個現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。這種電子常稱為_________。光電子2．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)存在截止頻率：當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值νc時，光電流消失，這表明沒有光電流了，νc稱為截止頻率或極限頻率。(2)存在飽和電流：在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，表明在一定的光照條件下，單位時間內(nèi)陰極K發(fā)射的光電子的______是一定的。數(shù)目初速度瞬時知識點(diǎn)2光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難1．逸出功：要使電子脫離某種金屬，需要外界對它做功，做功的最小值叫作這種金屬的逸出功。2．光電效應(yīng)中的一些重要現(xiàn)象無法用經(jīng)典電磁理論解釋。知識點(diǎn)3愛因斯坦的光電效應(yīng)理論1．光子：_________就是由一個個不可分割的_________組成的，頻率為ν的光的能量子為

__，這些能量子稱為光子。光本身能量子

hν2．光電效應(yīng)方程(1)對光電效應(yīng)的說明在光電效應(yīng)中，金屬中的電子吸收____________獲得的能量是

__，在這些能量中，一部分用來克服金屬的__________，另一部分為光電子的__________。(2)光電效應(yīng)方程Ek＝_________。一個光子hν逸出功W0初動能Ekhν－W0>W0頻率強(qiáng)弱一次性不需要光子數(shù)光電子[判一判]1．(1)金屬表面是否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)。(

)(2)“光子”就是“光電子”的簡稱。(

)××知識點(diǎn)4康普頓效應(yīng)和光子的動量1．康普頓效應(yīng)美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有波長______λ0的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。2．康普頓效應(yīng)的意義康普頓效應(yīng)表明光子不僅具有______，而且具有______。大于能量動量3．光子的動量(1)表達(dá)式：p＝___。(2)說明：在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射的光子與晶體中電子碰撞時，要把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，光子的動量可能會變小。動量p減小，意味著波長λ變大，因此，有些光子散射后波長______。變大知識點(diǎn)5光的波粒二象性在麥克斯韋的電磁理論建立之后，人們認(rèn)識到光是一種_________，從而光的______說被普遍接受。而愛因斯坦的光電效應(yīng)理論和康普頓效應(yīng)理論表明，光在某些方面確實(shí)會表現(xiàn)得像是由一些粒子(即一個個有確定能量和動量的“光子”)組成的。也就是說，光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)重新揭示了光的______性。人們意識到，光既具有______性，又具有_____性。換句話說，光具有_______________。電磁波波動粒子波動粒子波粒二象性[判一判]2．(1)光子發(fā)生散射時，其動量大小發(fā)生變化，但光子的頻率不發(fā)生變化。(

)(2)光在傳播過程中，有的光是波，有的光是粒子。(

)××1．(對光電效應(yīng)規(guī)律的理解)關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是(

)A．光子與光電子的本質(zhì)都是電子B．光電效應(yīng)現(xiàn)象表明光具有波動性C．只要入射光的頻率大于金屬的截止頻率，就能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象D．用相同頻率的光照射不同的金屬表面，發(fā)生光電效應(yīng)時逸出的光電子最大初動能相同√解析：能量子又稱為光子，是量子化的能量單位，光電子本質(zhì)是電子，故A錯誤；光電效應(yīng)現(xiàn)象表明光具有粒子性，故B錯誤；只要入射光的頻率大于金屬的截止頻率，就能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，故C正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0可知光電子的最大初動能Ekm由逸出功W0與入射光頻率ν共同決定，逸出功與金屬材料有關(guān)，不同金屬的逸出功不同，所以最大初動能不同，故D錯誤。2．(對光電效應(yīng)的考查)(2024·江蘇南通月考)如圖所示，在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，將一帶電鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，驗(yàn)電器指針張開。用弧光燈發(fā)出的紫外線照射鋅板后，觀察到驗(yàn)電器的指針張角減小，下列說法正確的是(

)A．鋅板原來帶正電B．若僅減弱照射光的強(qiáng)度，仍能觀察到指針張角減小C．若用可見光照射鋅板，也能觀察到指針張角減小D．無論用什么光照射，只要時間夠長，鋅板都能發(fā)生光電效應(yīng)√√4．(康普頓效應(yīng))科學(xué)研究證明，光子有能量也有動量，當(dāng)光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子。假設(shè)光子與電子碰撞前的波長為λ，碰撞后的波長為λ′，則碰撞過程中(

)A．能量守恒，動量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，動量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，動量守恒，且λ＜λ′D．能量守恒，動量守恒，且λ＞λ′√探究一對光電效應(yīng)規(guī)律的理解1．光電效應(yīng)的基本概念(1)光電效應(yīng)：金屬在光(包括可見光和不可見光)的照射下，向外逸出電子的現(xiàn)象。(2)光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子。2．理解光電效應(yīng)規(guī)律的四個角度(1)任何一種金屬都有一個截止頻率，入射光的頻率必須大于等于這個截止頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個截止頻率則不能發(fā)生光電效應(yīng)。(2)發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，隨入射光頻率的增大而增大。(3)大于截止頻率的光照射金屬時，光電流(反映單位時間內(nèi)發(fā)射出的光電子數(shù)的多少)與入射光強(qiáng)度成正比。(4)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，產(chǎn)生電流的時間不超過10－9s。3．光電效應(yīng)與經(jīng)典電磁理論的矛盾(1)矛盾之一：遏止電壓由入射光頻率決定，與光的強(qiáng)弱無關(guān)。按照光的經(jīng)典電磁理論，光越強(qiáng)，光電子的初動能應(yīng)該越大，所以遏止電壓與光的強(qiáng)弱有關(guān)，而實(shí)驗(yàn)表明：遏止電壓由入射光的頻率決定，與光強(qiáng)無關(guān)。(2)矛盾之二：存在截止頻率。按照光的經(jīng)典電磁理論，不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可獲得足夠的能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率。而實(shí)驗(yàn)表明：不同金屬有不同的截止頻率，入射光頻率大于等于截止頻率時才會發(fā)生光電效應(yīng)。(3)矛盾之三：具有瞬時性。按照光的經(jīng)典電磁理論，如果光很弱，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量。而實(shí)驗(yàn)表明：無論入射光怎樣微弱，光電效應(yīng)幾乎都是瞬時發(fā)生的?！纠?】

(2021·河北武強(qiáng)中學(xué)高二期中)關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是(

)A．光電流隨入射光頻率的增大而增大B．光電子的最大初動能越大，光電流就越大C．光子本身所具有的能量取決于光子本身的頻率D．用頻率是ν1的綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，則改用頻率是ν2的紅光照射該金屬就一定不發(fā)生光電效應(yīng)√[解析]

在發(fā)生光電效應(yīng)的前提下,光電流隨入射光強(qiáng)度的增大而增大,A錯誤；光電子的最大初動能越大，遏止電壓就越大，B錯誤；根據(jù)光子說，光子本身所具有的能量取決于光子本身的頻率，C正確；用頻率是ν1的綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，則改用頻率是ν2的紅光照射該金屬不一定不發(fā)生光電效應(yīng)，根據(jù)極限頻率與紅光頻率的關(guān)系才能確定，D錯誤?！纠?】(2024·山東菏澤期中)愛因斯坦為了解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，提出“光子”概念并給出光電效應(yīng)方程，密立根通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其理論的正確性。如圖所示，當(dāng)頻率為ν的可見光照射到陰極K上時，電流表中有電流通過，則(

)A．用頻率小于ν的可見光照射陰極K，電流表上一定沒有電流通過B．當(dāng)滑動變阻器的滑片位于左端時，電流表的示數(shù)一定為0C．在光照條件不變的情況下，在滑動變阻器的滑片由左向右移動的過程中，通過電流表的電流可能先增大后不變D．對調(diào)電源的正負(fù)極，由左向右移動滑動變阻器的滑片，當(dāng)電流表的示數(shù)剛減小到零時，電壓表的示數(shù)為5.6V，則陰極K金屬的逸出功是5.6eV√[解析]

因不知陰極K的極限頻率，用頻率小于ν的可見光照射陰極K，可能發(fā)生光電效應(yīng)，電流表可能有電流通過，故A錯誤；當(dāng)滑動變阻器的滑片位于左端時，由于發(fā)生了光電效應(yīng)，即使A、K間的電壓為零，電流表中也有電流通過，故B錯誤；當(dāng)滑動變阻器的滑片由左向右移動時，陽極吸收光電子的能力增強(qiáng)，光電流會增大，當(dāng)所有光電子都到達(dá)陽極時，電流達(dá)到最大，即飽和電流，通過電流表的電流可能先增大后不變，故C正確；

對調(diào)電源的正負(fù)極，加的是反向電壓，電流表的示數(shù)剛減小到零時，陰極K逸出的光電子的最大初動能Ekm＝eU＝5.6eV，故D錯誤。[針對訓(xùn)練1]光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，下列表述正確的是(

)A．金屬的逸出功與入射光的頻率有關(guān)B．入射光足夠強(qiáng)就會有光電流C．遏止電壓與入射光的頻率成正比D．入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)√探究二光電效應(yīng)方程的理解及應(yīng)用【問題導(dǎo)引】1．不同頻率的光照射到同一金屬表面發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的初動能是否相同？2．光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比嗎？提示：1.由于同一金屬的逸出功相同，而不同頻率的光的光子能量不同,由光電效應(yīng)方程可知，發(fā)生光電效應(yīng)時，逸出的光電子的初動能是不同的。2．不成正比。光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大，但不是正比關(guān)系。1．對光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0的四點(diǎn)理解(1)式中的Ek是光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時剩余動能大小可以是0～Ek范圍內(nèi)的任何數(shù)值。(2)光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程。能量為E＝hν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W0，則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＝hν－W0。2．光電效應(yīng)規(guī)律中的兩條線索、兩個關(guān)系(1)兩條線索(2)兩個關(guān)系光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動能大?！獭獭纠?】如圖所示，當(dāng)開關(guān)S斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上開關(guān)，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．1.9eV

B．0.6eVC．2.5eV D．3.1eV√[針對訓(xùn)練2]在如圖所示的光電效應(yīng)現(xiàn)象中，光電管陰極K的極限頻率為ν0，現(xiàn)用頻率為ν(ν>ν0)的光照射在陰極上，若在A、K之間加一數(shù)值為U的反向電壓時，光電流恰好為零，則下列判斷錯誤的是(

)A．陰極材料的逸出功等于hν0B．有光電子逸出，且光電子的最大初動能可表示為eUC．有光電子逸出，且光電子的最大初動能可表示為

hν－h(huán)ν0D．無光電子逸出，因?yàn)楣怆娏鳛榱恪探馕觯宏帢O材料的逸出功W0＝hν0，A正確；由于入射光的頻率ν＞ν0，則能發(fā)生光電效應(yīng)，有光電子逸出，D錯誤；但是A、K間加的是反向電壓，電子飛出后要做減速運(yùn)動，當(dāng)速度最大的光電子減速到A端速度為零時，光電流恰好為零，由動能定理得：－eU＝0－Ekm，則Ekm＝eU，B正確；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ekm＝hν－W0，可得Ekm＝hν－h(huán)ν0，C正確。2．康普頓效應(yīng)的意義康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性。3．光的波粒二象性(1)光的波動性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：光的干涉和衍射。(2)光的粒子性①實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)。②表現(xiàn)：當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份”進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)；少量或個別光子容易顯示出光的粒子性。③說明：粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份”的；光子不同于宏觀觀念的粒子。【例5】康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動量。如圖，給出了光子與靜止電子碰撞后電子的運(yùn)動方向