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1、,第十七章,2 光的粒子性,学习目标 1.了解光电效应及其实验规律，以及光电效应与电磁理论的矛盾. 2.知道爱因斯坦光电效应方程及应用. 3.了解康普顿效应及其意义，了解光子的动量.,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,一、光电效应及其实验规律,如图1所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯发射紫外线). (1)用弧光灯照射锌板，看到的现象为_ _，说明_ _.,答案,图1,验电器指,针偏角张开,锌板带电了.弧光灯发出的紫,外线照射到锌板上，在锌板表面发射出光电子，,从而使锌板带上了正电,(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光
2、灯照射，看到的现象为_ _，说明_ _.,答案,减小,锌板产生光电效应是光中紫外线,照射的结果而不是可见光,指针偏角明显,(3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌 板，并且照射较长时间，看到的现象为_ _，说明_.,观察不,到指针的偏转,可见光不能使锌板发生光电效应,1.光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的 从表面逸出的现象. 2.光电子：光电效应中发射出来的 . 3.光电效应的实验规律 (1)存在着 电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流 .,电子,电子,饱和,越大,(2)存在着遏止电压和 频率：入射光的频率低于截止频率时 (填“能”或“不能”)发生光电效应. (3)光
3、电效应具有 性：光电效应中产生电流的时间不超过109s. 4.逸出功：使电子脱离某种金属所做功的 值，用W0表示，不同金属的逸出功 .,截止,不能,瞬时,最小,不同,判断下列说法的正误. (1)光电效应中“光”指的是可见光.( ) (2)能否发生光电效应，取决于光的强度.( ) (3)光电子不是光子.( ) (4)逸出功的大小与入射光无关.( ),二、爱因斯坦的光电效应方程,用如图2所示的装置研究光电效应现象.所用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表的示数不为零；移动滑动变阻器的滑动触头，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为0. (1)光电子的最
4、大初动能是多少？遏止电压为多少？,图2,答案 1.7 eV 1.7 V,答案,(2)光电管阴极的逸出功又是多少？,答案 W0hEkm2.75 eV1.7 eV1.05 eV,答案,(3)当滑动触头向a端滑动时，光电流变大还是变小？,答案 变大,(4)当入射光的频率增大时，光电子最大初动能如何变化？遏止电压呢？,答案 变大 变大,1.光子说：在空间传播的光是不连续的，而是 的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量 .其中h6.631034 Js，称为普朗克常量. 2.最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的 吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的 值. 3.遏止电压与截止频率
5、(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc. (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的 频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率).不同的金属对应着不同的极限频率.,一份一份,h,电子,最大,最小,4.光电效应方程 (1)表达式： 或 . (2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是 ，这些能量一部分用于克服金属的 ，剩下的表现为逸出后电子的 . (3)光电效应方程说明了产生光电效应的条件 若有光电子逸出，则光电子的最大初动能必须大于零，即EkhW00， 亦即h ， c，而c 恰好是光电效应的截止频率.,hEkW0,EkhW0,h,逸出功W0,最大初动能,W0,5.Ek曲线 如图3
6、所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率的变化曲线.这里，横轴上的截距是 ； 纵轴上的截距是 ；斜率为 .,图3,截止频率(或极限频率),逸出功的负值,普朗克常量,判断下列说法的正误. (1)从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小.( ) (2)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比.( ) (3)入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多.( ) (4)遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关. ( ),答案,三、康普顿效应,太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼
7、刺目，其他方向的天空却是黑的，为什么？,答案,答案 在地球上存在着大气，太阳光经大气中微粒散射后传向各个方向，而在太空中的真空环境下光不再散射只向前传播.,1.光的散射 光在介质中与 相互作用，因而传播方向 ，这种现象叫做光的散射. 2.康普顿效应 美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长0相同的成分外，还有波长 0的成分，这个现象称为康普顿效应.,物质微粒,发生改变,大于,3.康普顿效应的意义 康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的 的一面. 4.光子的动量 (1)表达式：p_. (2)说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电
8、子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小.因此，有些光子散射后波长变大.,粒子性,判断以下说法的正误. (1)光子的动量与波长成反比.( ) (2)光子发生散射后，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化. ( ) (3)有些光子发生散射后，其波长变大.( ),答案,题型探究,一、光电效应现象及其实验规律,1.光电效应的实质：光现象 电现象. 2.光电效应中的光包括不可见光和可见光. 3.光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子. 4.能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关. 5.发生光电效应时，产生的光电子数与入射光的频率无关，与入射光的强度有关.,6.光
9、电效应与光的电磁理论的矛盾 按光的电磁理论，应有： (1)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关. (2)不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电效应. (3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于109 s.,例1 一验电器与锌板相连(如图4所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角.,图4,解析,(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将_(填“增大”“减小”或“不变”).,减小,答案,解析 当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转.当带负电的金属小球与锌板接触后，
10、中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小.,(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转.那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针_(填“有”或“无”)偏转.,解析,无,答案,解析 使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外线比黄光的频率还要低，更不可能使锌板发生光电效应.能否发生光电效应与入射光的强弱无关.,例2 入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么 A.从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B.逸出的
11、光电子的最大初动能将减小 C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D.有可能不发生光电效应,答案,解析,解析 发生光电效应几乎是瞬时的，选项A错误. 入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少；频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误. 入射光子的数目减少，逸出的光电子数目也减少，故选项C正确. 入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D错误.,针对训练1 (多选)如图5所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过.其原因可能是 A.入
12、射光太弱 B.入射光波长太长 C.光照时间太短 D.电源正、负极接反,图5,答案,解析,解析 金属存在截止频率，超过截止频率的光照射金属时才会有光电子射出.射出的光电子的动能随频率的增大而增大，动能小时不能克服反向电压，也不会有光电流.入射光的频率低于截止频率，不能产生光电效应，与光照强弱无关，选项B正确，A错误； 电路中电源正、负极接反，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，D正确； 光电效应的产生与光照时间无关，C错误.,二、光电效应方程的理解与应用 1.光电效应方程实质上是能量守恒方程. (1)能量为h的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对
13、它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能. (2)如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：EkhW0.,2.光电效应规律中的两条线索、两个关系： (1)两条线索：,(2)两个关系： 光强光子数目多发射光电子多光电流大； 光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大.,例3 在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为0，该金属 的逸出功为_.若用波长为(0)的单色光做该实验，则其遏止电压为_.已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.,答案,解析,例4 如图6所示，当开关K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极
14、P，发现电流表读数不为零.合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V时，电流表读数仍不为零.当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零.由此可知阴极材料的逸出功为 A.1.9 eV B.0.6 eV C.2.5 eV D.3.1 eV,答案,图6,解析 由题意知光电子的最大初动能为 EkeUc0.6 eV 所以根据光电效应方程EkhW0可得 W0hEk(2.50.6) eV1.9 eV.,解析,针对训练2 (多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是 A.只增大入射光的频率，金属逸出功将减小 B.只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将不
15、变 C.只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大 D.只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短,解析 金属的逸出功由金属本身的构成决定，与入射光的频率无关，选项A错误； 根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0可知，当金属的极限频率确定时，光电子的最大初动能取决于入射光的频率，与光照强度、照射时间、光子数目无关，选项B、C正确，D错误.,答案,解析,1.逸出功W0对应着某一截止频率c，即W0hc，只有入射光的频率c时才有光电子逸出，即才能发生光电效应. 2.对于某一金属(c一定)，入射光的频率决定着能否产生光电效应及光电子的最大初动能，而与入射光的强度无关. 3.逸出功和截止频率均由金属本身决定，与其他因素无关.,达标检测,1.(多选)如图7所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验
