2019年高中物理第5章第1、2节光电效应　康普顿效应学案鲁科版.docx

1.光电效应是指在光的照射下电子从物体表面逸出的现象。每一种金属对应一种光的最小频率，又称极限频率，只有当光的频率大于或等于极限频率才会产生光电效应。2爱因斯坦光电效应方程：hWmv2，其中h是一个光子的能量，W为逸出功，mv2是电子吸收光子后离开金属表面的最大初动能。3X射线散射实验发现，部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关，这种现象称为康普顿效应。4光既有粒子的特性，又有波的特性，即光具有波粒二象性。玻恩用概率波很好地解释了光的波粒二象性。1光电效应在光的照射下电子从物体表面逸出的现象。2光电效应的实验规律(1)每一种金属对应一种光的最小频率称为极限频率。只有当光的频率大于或等于极限频率时，才会发生光电效应；当光的频率小于极限频率时，即使增加光的强度或照射时间，也不能产生光电效应。(2)产生光电效应时，单位时间内逸出金属表面的电子数与光的强度有关；光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多。(3)从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔极短，通常可在109_s内发生光电效应。3光量子看似连续的光实际上是由个数有限、分立于空间各点的光子组成的，每一个光子的能量为h。4光电效应方程hWmv2，式中h为一个光子的能量；W为一个电子从金属表面逸出而必须做的功，称为逸出功；mv2为该电子离开金属表面的最大初动能。5光的散射光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向发生改变的现象。6康普顿效应(1)康普顿效应现象在光的散射中，除了与入射波长相同的成分外，还有部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关。(2)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，进一步说明了光具有粒子性。7光的波粒二象性(1)光的波动性英国科学家托马斯杨用波动理论解释了光的干涉现象；法国科学家菲涅耳用波动理论定量计算了光的衍射光强分布；麦克斯韦提出光是一种电磁波。(2)光的粒子性光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，但同时也体现了波动性。(3)光的波粒二象性事实上光子既有粒子的特征，又有波的特征。玻恩用概率波很好地解释了光的波粒二象性。光的波长较长时波动性较明显，光的波长较短时粒子性较明显。1自主思考判一判(1)光电效应实验中光照时间越长光电流越大。()(2)光电效应实验中入射光足够强就可以有光电流。()(3)光电子的最大初动能与入射光的强度无关。()(4)康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量。()(5)康普顿效应进一步说明光具有粒子性。()(6)光的波动性和粒子性是统一的，光具有波粒二象性。()2合作探究议一议(1)你对光电效应中的“光”是怎样认识的？提示：这里的光，可以是可见光，也可以是紫外线、X光等。(2)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，尽管太阳光线耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的，为什么？提示：地球上存在着大气，太阳光经大气中的微粒散射后传向各个方向；而在太空的真空环境下，光不再散射，只向前传播。对光电效应现象的理解1爱因斯坦光子理论对光电效应的解释(1)解释极限频率的存在：光照射到金属板时，光子将能量传递给电子，每个光子的能量为h，所以一个光子传递给一个电子的能量为h，电子要脱离原子核的引力，有一个最小能量，最小能量对应发生光电效应时入射光的最小频率，即极限频率。如果小于这一频率，即使增大光强，也不会使电子逸出。这是因为增大光强，只是增加了吸收光子能量的电子数，单个电子吸收的光子能量仍为h，电子仍不能逸出。(2)解释光电效应的瞬时性：电子吸收光子的能量时间很短，几乎是瞬时的。如果入射光频率低于极限频率，即使增加照射时间，也不能使电子逸出。因为一个电子吸收一个光子后，在极短的时间内就可以把能量传递给其他粒子，所以电子不可能通过能量积累逸出金属表面。(3)解释最大初动能与频率的关系：由爱因斯坦光电效应方程hWmv2可知，电子从金属中逸出所需克服束缚而消耗的能量的最小值为逸出功，从金属表面逸出的电子消耗的能量最少，逸出时的动能值最大，称为最大初动能。就其他逸出的电子而言，离开金属时的动能小于最大初动能。最大初动能的大小与光的强度无关，与光的频率有关。2光电效应规律中的两个关系(1)由hWmv2得mv2hW，逸出电子的最大初动能Ekm与入射光的频率成一次函数关系。(2)产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多。即如果形成光电流，光电流的强度与入射光的强度成正比。例1如图所示，阴极K用极限波长00.66 m的金属线制成，用波长0.50 m的绿光照射阴极K，调整两个极板电压，当A板电压比阴极高出2.5 V时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64 A。求：(h6.631034 Js)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能。(2)如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍，每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能。思路点拨解此题应注意以下三点：(1)饱和光电流I与每秒钟内阴极发射的电子数的关系是Ine；(2)光电子的最大初动能可由爱因斯坦的光电效应方程求解；(3)饱和光电流与光的强度成正比，光电子的最大初动能由入射光的频率决定。解析(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数n个4.01012 个根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能为EkmhWhh6.6310343108J9.61020 J。(2)如果照射光的频率不变，光强加倍，根据光电效应实验规律，阴极每秒发射的光电子数n2n8.01012 个，光电子的最大初动能仍然是Ekm9.61020 J。答案(1)4.01012个9.61020 J(2)8.01012个9.61020 J(1)极限频率为0的光照射金属对应逸出电子的最大初动能为零，逸出功Wh0。(2)某种金属的逸出功是一定值，随入射光频率的增大，光电子的最大初动能增大。 1关于光电效应，下列说法正确的是()A极限频率越大的金属材料逸出功越大B只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数越多解析：选A金属材料的逸出功W0与极限频率c的关系为W0hc，选项A正确。只有照射光的频率大于或等于金属的极限频率，才能产生光电效应，而与光照射的时间无关，选项B错误。由光电效应方程可知光电子的最大初动能mv2hW0，它由入射光的频率决定，对于特定金属，其逸出功是确定的，选项C错误。产生光电效应时单位时间内逸出的光电子数由入射光的光子数决定，与入射光的频率无关，选项D错误。2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。解析：设金属的截止频率为0，则该金属的逸出功W0h0h；对光电子，由动能定理得eU0hW0解得U0。答案：对光的本质的认识1光子说对康普顿效应的解释假定X射线光子与电子发生弹性碰撞。(1)光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。(2)因为碰撞中交换的能量与碰撞的角度有关，所以波长改变与散射角有关。2光的波动性和粒子性是统一的，光具有波粒二象性(1)光的粒子性并不否定光的波动性，波动性和粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同。当光与其他物质发生作用时，表现出粒子的性质；少量或个别光子易显示出光的粒子性；频率高波长短的光，粒子性显著。大量光子在传播时表现为波动性；频率低波长长的光，波动性显著。(2)只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种表现。光的波动性和粒子性是统一的。例2关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是()A光的频率越高，衍射现象越容易看到B光的频率越低，粒子性越显著C大量光子产生的效果往往显示波动性D光的波粒二象性否定了光的电磁说思路点拨解答本题应把握以下三点：(1)波粒二象性是对光本质的描述。(2)频率高低影响光的粒子性和波动性的表现。(3)大量光子波动性显著，少量光子粒子性显著。解析光具有波粒二象性，波粒二象性并不否定光的电磁说，只是说某些情况下粒子性明显，某些情况下波动性明显，故D错误。光的频率越高，波长越短，粒子性越明显，波动性越不明显，越不易看到其衍射现象，故A、B错误。大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性，故C对。答案C1下列说法中正确的是()A光子说否定了光的电磁说B光电效应现象反映了光的粒子性C光电效应和康普顿效应证明了光的粒子性，从而否定了光的波动性D大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性解析：选B光既有粒子性，又有波动性，但这两种特性并不矛盾。光子说和电磁说各自能解释光特有的现象，两者构成一个统一的整体。光电效应反映了光的粒子性，但并没有否定光的波动性。少量光子产生的效果往往粒子性比较明显，大量光子往往表现出波动性，所以只有B项正确。2有关光的本性，下列说法正确的是()A光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D由于光既有波动性，又有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只