人教版高中物理選擇性必修第三冊(cè)光電效應(yīng)方程的應(yīng)用康普頓效應(yīng)課件

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性光電效應(yīng)方程的應(yīng)用

康普頓效應(yīng)15精彩動(dòng)圖15學(xué)習(xí)目標(biāo)31、理解光電效應(yīng)方程并能應(yīng)用2、知道光電效應(yīng)規(guī)律中的四類圖像3、理解康普頓效應(yīng)及光子的動(dòng)量4、知道光的波粒二象性一光電效應(yīng)方程的應(yīng)用///////二康普頓效應(yīng)及光子的動(dòng)量///////三光的波粒二象性///////1、光電效應(yīng)方程的理解：

（1）光電效應(yīng)方程：EK=hv-W0

（2）截止頻率：

（3）光電效應(yīng)的Ek-v圖像的理解：

斜率k=h（普朗克常數(shù)）橫截距νc（極限頻率）縱截距為－W0（逸出功的負(fù)值）

一、光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0的應(yīng)用

一、光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0的應(yīng)用

2、光電效應(yīng)現(xiàn)象的有關(guān)計(jì)算(1)最大初動(dòng)能的計(jì)算：

EK=hv-W0Ek＝hν－W0＝hν－h(huán)νc

(2)截止頻率的計(jì)算：(3)遏止電壓的計(jì)算：

例1、A、B兩種光子的能量之比為2∶1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能分別為EA、EB，普朗克常量為h，則下列說法正確的是A.A、B兩種光子的頻率之比為1∶2B.所產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能之比為2∶1C.該金屬的逸出功W0＝EA－2EB√

一、光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0的應(yīng)用

例2、分別用波長(zhǎng)為λ和

λ的單色光照射同一金屬，發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能之比為1∶2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則此金屬板的逸出功是多大？

一、光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0的應(yīng)用

針對(duì)訓(xùn)練

圖像名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線

①截止頻率νc：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②逸出功W0：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值，即W0＝|－E|＝E③普朗克常量h：圖線的斜率，即h＝k入射光顏色相同、強(qiáng)度不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系圖線

①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②飽和電流Im：電流的最大值③最大初動(dòng)能：Ek＝eUc3、光電效應(yīng)規(guī)律中的四類圖像

一、光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0的應(yīng)用

入射光顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系圖線

①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和電流③最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線

①截止頻率νc：圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke(注：此時(shí)兩極之間接反向電壓)

一、光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0的應(yīng)用

例3

(多選)如圖所示為金屬A和B的遏止電壓Uc和入射光頻率ν的關(guān)系圖像，由圖可知A.金屬A的逸出功大于金屬B的逸出功B.金屬A的截止頻率小于金屬B的截止頻率C.圖線的斜率為普朗克常量D.如果用頻率為5.5×1014Hz的入射光照射兩種金屬，從金屬A逸出的

光電子的最大初動(dòng)能較大√√

一、光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0的應(yīng)用

例4

(多選)如圖所示為用某金屬研究光電效應(yīng)規(guī)律得到的光電流隨電壓變化的關(guān)系圖像，用單色光1和單色光2分別照射該金屬時(shí)，逸出的光電子的最大初動(dòng)能分別為Ek1和Ek2，普朗克常量為h，則下列說法正確的是A.Ek1＞Ek2B.單色光1的頻率比單色光2的頻率低C.增大單色光1的強(qiáng)度，其遏止電壓不變D.單色光1的入射光子數(shù)比單色光2的入射光子數(shù)多√√√

一、光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0的應(yīng)用

1.(光電效應(yīng)方程的應(yīng)用)用氫原子發(fā)出的光照射某種金屬進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用頻率為ν1的光照射時(shí)，遏止電壓的大小為U1，當(dāng)用頻率為ν2的光照射時(shí)，遏止電壓的大小為U2.已知電子電荷量的大小為e，則下列表示普朗克常量和該種金屬的逸出功正確的是√【針對(duì)訓(xùn)練】

2.(光電效應(yīng)的Uc－ν圖像)如圖5甲所示，在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用相同頻率的單色光分別照射陰極材料為鋅和銅的兩個(gè)不同的光電管，結(jié)果都能發(fā)生光電效應(yīng).圖乙為其中一個(gè)光電管的遏止電壓Uc隨入射光的頻率ν變化的關(guān)系圖像.對(duì)于這兩個(gè)光電管，下列判斷正確的是A.光電子的最大初動(dòng)能相同B.因?yàn)椴牧喜煌?，逸出功不同，所以遏?/p>

電壓Uc不同C.單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)一定相同，

飽和電流也一定相同D.兩個(gè)光電管的Uc－ν圖線的斜率可能不同圖5√3.(光電效應(yīng)的I－U圖像)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖6所示.則可判斷出A.甲光的頻率大于乙光的頻率B.乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)C.乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光對(duì)應(yīng)的截止頻率D.甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電

子最大初動(dòng)能圖6√4.(光電效應(yīng)的Ek－ν圖像)用兩種不同金屬材料a、b做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)得到光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系如圖7所示，則下列說法正確的是A.a的逸出功比b的大B.a的截止頻率比b的小C.兩直線一定會(huì)相交D.a發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)間較短圖7√5.如圖10甲所示是研究光電效應(yīng)規(guī)律的光電管，用波長(zhǎng)為λ＝0.50μm的綠光照射陰極K，實(shí)驗(yàn)測(cè)得流過G表的電流I與A、K之間的電勢(shì)差UAK滿足如圖乙所示規(guī)律，取h＝6.63×10－34J·s，c＝3×108m/s，結(jié)合圖像，求：(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極K時(shí)的最大初動(dòng)能；圖10答案4.0×1012個(gè)9.6×10－20J解析由題圖可知，最大光電流為0.64μA，由題圖可知，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)的遏止電壓是0.6V，所以光電子的最大初動(dòng)能：Ekm＝eUc＝0.60eV＝9.6×10－20J；(2)該陰極材料的極限波長(zhǎng).答案0.66μm1．康普頓效應(yīng)：1918?1922年，美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長(zhǎng)λ0相同的成分外，還有波長(zhǎng)大于λ0的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)．

二、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量

X射線λ＝λ0石墨體（散射物質(zhì)）λ=λ0λ>λ0

康普頓的學(xué)生，中國(guó)留學(xué)生吳有訓(xùn)測(cè)試了多種物質(zhì)對(duì)X射線的散射，證實(shí)了該效應(yīng)的普遍性。

光子不僅具有能量，而且具有動(dòng)量，光子的動(dòng)量p與光的波長(zhǎng)λ和普朗克常量h有關(guān)。這三個(gè)量之間的關(guān)系式為2、康普頓效應(yīng)的理解：

二、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量

質(zhì)能方程：光子能量：

當(dāng)入射的光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，要把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，因而，光子動(dòng)量p減小，意味著波長(zhǎng)λ變大，因此，這些光子散射后波長(zhǎng)變大。牛頓光的微粒說光是實(shí)物粒子惠更斯和托馬斯楊的光的波動(dòng)說光是振動(dòng)形式在媒質(zhì)的傳播——波到麥克斯韋的光的電磁理論光是電磁波愛因斯坦的光子理論光是能量子即光子

三、光的波粒二象性

1、人類對(duì)光的本質(zhì)認(rèn)識(shí)歷程2、光具有波動(dòng)性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：光的干涉和衍射。表現(xiàn)：傳播的過程中，表現(xiàn)出波動(dòng)性

波長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)，表現(xiàn)出波動(dòng)性

三、光的波粒二象性

干涉衍射光電效應(yīng)康普頓散射3、光具有粒子性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)。表現(xiàn)：與物體相互作用時(shí)，表現(xiàn)出粒子性

波長(zhǎng)較短時(shí)，表現(xiàn)出粒子性4、本性：光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。5.德布羅意波

一個(gè)實(shí)物粒子具有以能量ε

和動(dòng)量p所描述的粒子性，同時(shí)也具有以頻率v和波長(zhǎng)λ所描述的波動(dòng)性.德布羅(De·Broglie)德布羅意關(guān)系：粒子性波動(dòng)性（具有能量）（具有頻率）（具有動(dòng)量）hh架起了粒子性與波動(dòng)性之間的橋梁（具有波長(zhǎng)）5.德布羅意波實(shí)物粒子：有靜止質(zhì)量的粒子，如電子、質(zhì)子、中子、原子和分子等非實(shí)物粒子：沒有靜止質(zhì)量但有運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的粒子，如光子—實(shí)際是電磁波。單晶MnO3的電子衍射圖樣多晶Au的電子衍射圖樣屏P多晶薄膜高壓柵極陰極5.德布羅意波

1961年瓊森（ClausJ?nsson）將一束電子加速到50Kev，讓其通過一縫寬為a=0.510-6m，間隔為

d=2.010-6m

的雙縫，當(dāng)電子撞擊熒光屏?xí)r，發(fā)現(xiàn)了類似于雙縫衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

此后，人們相繼證實(shí)了原子、分子、中子等都具有波動(dòng)性。大量電子一次性的行為5.德布羅意波

物質(zhì)波的一個(gè)最重要的應(yīng)用就是電子顯微鏡的發(fā)明。自從發(fā)現(xiàn)電子有波動(dòng)性后，電子束德布羅意波長(zhǎng)比光波波長(zhǎng)短得多，而且極方便改變電子波的波長(zhǎng)，這樣就能制造出用電子波代替光波的電子顯微鏡。電子顯微鏡下的

納米纖維電子顯微鏡下的

灰塵電子顯微鏡下的蓼屬植物花粉電子顯微鏡下的紅細(xì)胞5.德布羅意波

任何物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽都存在波動(dòng)性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^物體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)太小的緣故。示例1：一個(gè)質(zhì)量為1.67×10－27kg、速度為103m/s的中子和一顆質(zhì)量為1g、

速度為500m/s的子彈，對(duì)應(yīng)德布羅意波波長(zhǎng)分別是多長(zhǎng)？中子：子彈：【例5】美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，用X光對(duì)靜止的電子進(jìn)行照射，照射后電子獲得速度的同時(shí)，X光光子的運(yùn)動(dòng)方向也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變.下列說法正確的是A.當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，把部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，因此

光子散射后頻率變大B.康普頓效應(yīng)揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外還具有

動(dòng)量C.X光散射后與散射前相比，速度變小D.散射后的光子雖然改變?cè)瓉淼倪\(yùn)動(dòng)方向，但頻率保持不變√

【典例體驗(yàn)】

1、科學(xué)研究證明，光子既有能量也有動(dòng)量，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，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(zhǎng)為λ，碰撞后的波長(zhǎng)為λ′，則碰撞過程中A.能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ＝λ′B.能量不守恒，動(dòng)量不守恒，且λ＝λ′C.能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ<λ′D.能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ>λ′√

【針對(duì)訓(xùn)練】

2、關(guān)于光的粒子性、波動(dòng)性和波粒二象性，