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1、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，了解光子的动量一、光电效应及其实验规律1光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象2光电子：光电效应中发射出来的电子3光电效应的实验规律(1)存在着饱和电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大(2)存在着遏止电压和截止频率：入射光的频率低于截止频率时不能(填“能”或“不能”)发生光电效应(3)光电效应具有瞬时性：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最小值，用W0表示，不同金属的逸
2、出功不同二、光子说及爱因斯坦的光电效应方程1光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量h.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，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值3遏止电压与截止频率(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最小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4光电效应方程(1)表达式：hEkW0或EkhW0.(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量一部分用于克服
3、金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能三、康普顿效应1光的散射光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，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，还有波长大于0的成分，这个现象称为康普顿效应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，深入揭示了光的粒子性的一面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即学即用1判断下列说法的正误(1)任何频率的光照射到金
4、属表面都可以发生光电效应()(2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关()(3)“光子”就是“光电子”的简称()(4)逸出功的大小与入射光无关()(5)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比()(6)光子的动量与波长成反比()2某金属的逸出功为W0，则这种金属的截止频率c_，用波长为的光照射金属的表面，光电子的最大初动能Ek_.(已知普朗克常量为h，光速为c)答案hW0一、光电效应现象及其实验规律导学探究如图1甲是研究光电效应现象的装置图，图乙是研究光电效应的电路图，请结合装置图及产生的现象回答下列问题：图1(1)在甲图中发现，利用紫外线照射锌板无论光的强度如何变化，验电器都有张角，而用
5、红光照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器总无张角，这说明了什么？(2)在乙图中光电管两端加正向电压，用一定强度的光照射时，若增加电压，电流表示数不变，而光强增加时，同样电压，电流表示数会增大，这说明了什么？(3)在乙图中若加反向电压，当光强增大时，遏止电压不变，而入射光的频率增加时，遏止电压却增加，这一现象说明了什么？(4)光电效应实验表明，发射电子的能量与入射光的强度无关，而与光的频率有关，试用光子说分析原因答案(1)金属能否发生光电效应，决定于入射光的频率，与入射光的强度无关(2)保持入射光频率不变，发生光电效应时，飞出的光电子个数只与光的强度有关(3)光电子的能量与入射光频率有关，与光
6、的强度无关(4)由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能一份一份地吸收光子的能量，而且这个传递能量的过程只能是一个光子对应一个电子的行为如果光的频率低于极限频率，则光子提供给电子的能量不足以克服原来的束缚，就不能发生光电效应而当光的频率高于极限频率时，能量传递给电子以后，电子摆脱束缚要消耗一部分能量，剩余的能量以光电子的动能形式存在知识深化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光电子，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保持入射光频率不变，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多6光的强度与
7、饱和光电流：饱和光电流与光强有关，与所加的正向电压大小无关且饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间不是简单的正比关系例1(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生下列说法正确的是()A保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B入射光的频率变高，饱和光电流变大C入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生答案AC解析保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，单位时间内光电子变多，饱和光电流
8、变大，A对；据爱因斯坦光电效应方程EkhW0可知，入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，饱和光电流不变，B错，C对；当h0，亦即hW0，c，而c恰好是光电效应的截止频率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：光照强度大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2(多选)在光电效应实验中，分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub，光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量下列说法正确的是()A若ab，则一定有UaUbB若ab，则一定有EkaEkbC若UaUb，则一定有Ek
9、aEkbD若ab，则一定有haEkahbEkb答案BC解析由爱因斯坦光电效应方程得，EkhW0，由动能定理得，EkeU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同当ab时，一定有EkaEkb，UaUb，故选项A错误，B正确；若UaUb，则一定有EkaEkb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0 ha Eka hb Ekb，故选项D错误例3如图4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()图4A1
10、.9 eV B0.6 eV C2.5 eV D3.1 eV答案A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.例4在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图5所示，则可判断出()图5A甲光的频率大于乙光的频率B乙光的波长大于丙光的波长C乙光的频率大于丙光的频率D甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能答案B解析当光电管两端加上遏止电压光电流为零时，有mveUc，对同一光电管(逸出功W0相同)使用不同频率的光照射，有hW
11、0mv，两式联立可得hW0eUc，丙光的遏止电压最大，则丙光的频率最大，甲光的频率等于乙光的频率，A、C错误；由可见丙乙，B正确；又由hW0mv或由mv0eUc可知丙光对应的最大初动能最大，D错误光电效应图线的理解和应用1Ek图线：如图6甲所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率的变化图线这里，横轴上的截距是阴极金属的极限频率；纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量(EkhW0，Ek是的一次函数，不是正比例函数)图62IU曲线：如图乙所示是光电流I随光电管两极板间电压U的变化曲线，图中 Im为饱和光电流，Uc为遏止电压说明：(1)由EkeUc和EkhW0知，同一色光，遏止电压相同，与入射光强度无关；频率越大，遏止电压越大；(2)在入射光频率一定时，饱和光电流随入射光强度的增大而增大针对训练2在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图7所示若该直线的斜率和纵截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为_，所用材料的逸出功可表示为_图7答案ekeb解析光电效应中，入射光子能量h，克服逸出功W0后多余的能量转换为电子的动能，由eUchW0，整理得Uc ，斜率即k，所以普朗克常量hek，纵截距为b，即ebW0，所以逸出功W0e
