【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

知識點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(yīng)，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(zhuǎn)成為

知識點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)典電磁理論無法解釋的現(xiàn)象：W0(1)光電子初動能與光強(qiáng)無關(guān)，與光的頻率有關(guān)；(2)光電效應(yīng)產(chǎn)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(yīng)和光子的動量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(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(zhuǎn)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(yīng)．圖17－2－2知識點4光電效應(yīng)的實驗規(guī)律

研究光電效應(yīng)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(diào)整，正負(fù)極也可以對調(diào)．實驗結(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，光電流趨于一個飽和值．即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(qiáng)，單位時間內(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，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，不論光多么強(qiáng)，光電效應(yīng)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(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)；當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時不能發(fā)生光電效應(yīng)；不同金屬的截止頻率不同．(3)光電效應(yīng)具有瞬時性．

當(dāng)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(chǎn)生光電流，產(chǎn)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(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，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，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，，電路中中有光電電流產(chǎn)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(yīng)應(yīng)，單位位時間內(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錯誤．波波長1014Hz，可發(fā)生生光電效效應(yīng)，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(dǎo)線把驗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，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(fù)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(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，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因斯坦坦的光電電效應(yīng)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(guān)系，，與光強(qiáng)強(qiáng)無關(guān)，，所以遏遏止電壓與光強(qiáng)無關(guān)．光電效應(yīng)方程同時表明，只有hν>W0時，才有光(3)效應(yīng)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(yīng)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(dāng)陰極極K發(fā)射的的電子子全部部到達(dá)達(dá)陽極極A時，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極時的最大大動能；(3)如果電勢差差U不變，而照照射光的強(qiáng)強(qiáng)度增到原原值的三倍倍，此時電子到到達(dá)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(yīng)規(guī)律，，光電子的的最大初動動能與入射射光的強(qiáng)度無關(guān)，如如果電壓U不變，則電電子到達(dá)A極的最大動動能不會變變，答案：見解析2．(2011年陽春質(zhì)檢檢)如圖17－2－8所示是做光光電效應(yīng)實實驗裝置的簡簡圖．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(zhuǎn)．．這時，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，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(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(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(yīng)，，發(fā)生光光電效應(yīng)時，光光電子的的產(chǎn)生幾幾乎都是是瞬時的的，與入入射光強(qiáng)強(qiáng)度無關(guān)關(guān)，故A、D錯誤；根根據(jù)愛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)度無關(guān)關(guān)，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(guān)關(guān)系，當(dāng)當(dāng)光的強(qiáng)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(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)：對光的強(qiáng)度和和光子能量的的關(guān)系不理解解，對用光子說解釋光電電效應(yīng)的物理理模型不明確確是解答該類類習(xí)題出現(xiàn)錯錯誤的主要原因．．牢記光電效效應(yīng)中的兩條條規(guī)律，理解解光子說對光光電效應(yīng)的解釋，，利用一對一一的關(guān)系理解解光電效應(yīng)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(diào)直流電電源．實驗發(fā)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(yīng))，這時，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(dāng)當(dāng)A比K的電勢低到某某一值Uc(遏止電壓)時，電流消失．當(dāng)當(dāng)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(yīng)應(yīng)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(dāng)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(yīng)．設(shè)光光電子的最大大初動能為Ek，根據(jù)光電效效應(yīng)方程有hν＝W0＋Ek【規(guī)律總結(jié)】由愛因斯坦的的光電效應(yīng)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(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，對對應(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)時產(chǎn)產(chǎn)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(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