高中物理 第2章 波和粒子 2.2 涅槃凤凰再飞翔学案 沪科版选修3-5.doc

2.2涅槃凤凰再飞翔学习目标重点难点1知道光电效应现象，记住光电效应的实验规律。2会用光子说解释光电效应实验规律，能用光电效应方程解决一些简单的计算问题。3知道康普顿效应及其意义。重点：光电效应的实验规律和光电效应方程。难点：用光子说解释光电效应实验规律。一、光电效应1光电效应现象：在光的照射下物体发射电子的现象，发射出来的电子叫光电子。2光电效应的实验规律（1）入射光越强，饱和光电流越大，即入射光的强度越大，单位时间内产生逸出的光电子数目越多。（2）当入射光的频率低于某频率时，不论光多强，照射时间多长，光电效应都不能发生。这个引起光电效应的最低频率叫做截止频率或极限频率。不同金属的截止频率不同。（3）在入射光的频率大于金属的极限频率情况下，光电子的能量与入射光的强度无关，而随入射光频率的增加而增加。（4）在入射光的频率大于金属的极限频率情况下，光射到金属上几乎立即产生光电效应，时间不超过109 s。预习交流1做光电效应实验时，为什么要事先给锌板带上负电？答案：事先给锌板带上负电，验电器锡箔张开一定角度，当锌板发生光电效应时，锌板因失去电子带上正电，使验电器锡箔张开的夹角变小，这样便于观察光电效应现象。二、爱因斯坦光子说爱因斯坦提出光在空间传播时不是连续的，而是一份一份的，一份叫做一个光量子，简称光子。光子的能量eh。预习交流2描述波的物理量及波动特有的现象是什么？粒子具有哪些特性？答案：描述波的物理量有波长、频率和波速，波动特有的现象是干涉和衍射。粒子具有质量、能量和动量，还具有与其他物质碰撞、入射、贯穿、结合等作用。三、光子说的又一明证康普顿效应1康普顿效应：在散射线中，除了有与入射线波长相同的射线外，还有波长比入射线波长更长的射线，人们把这种波长变化的现象叫康普顿效应。2光子的动量：爱因斯坦指出，光子不仅具有能量，还和实物粒子一样具有动量，其大小为p，其方向为光的传播方向。预习交流3太阳光从窗口射入室内时，我们从侧面可以看到这束光，白天天空都是亮的。宇航员在太空中时，尽管太阳光耀眼刺目，但其他方向的天空却是黑的，为什么？答案：地球表面存在大气，太阳光经大气微粒的散射后传向各个方向，所以白天天空都是亮的。但在太空的真空环境下，太阳光不再散射，只能沿直线向前传播。一、正确理解光电效应的实验规律在光电效应的实验规律中，有人认为光电子的最大初动能与入射光的频率成正比，光电子的数目与入射光的强度成正比，请你分析这种说法的对错。答案：根据爱因斯坦光电效应方程mvhw，对某一确定的金属来说，逸出功是定值，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，但不是正比关系。大于极限频率且入射光的频率一定的情况下，入射光子的数目由入射光的强度决定，光越强，入射到金属表面的光子数目就越多，金属表面的电子获得光子的机会就越大，故光电子的数目与入射光的强度成正比。一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列选项中正确的是（）。a若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变b若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子将具有更大的动能c若改用紫光照射，则逸出的光电子将具有更大的最大初动能d若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目增加点拨：解此类题的关键是要注意，在光电效应中，入射光的频率和强度从不同的方面影响光电效应，要区分这两个方面的影响。答案：c解析：在光电效应中，入射光的频率决定能否发生光电效应，在能产生光电效应时，入射光的强度影响单位时间内逸出的光电子数目，入射光的频率影响逸出光电子的最大初动能的大小。选项c正确。1光电效应的实质是光现象转化为电现象。2金属逸出功的大小由金属本身决定，与其他因素无关。3发生光电效应时，饱和光电流与入射光的强度有关，入射光的强度大，饱和光电流大。二、光电效应方程的应用同一频率的光照射不同金属发生光电效应时，光电子的最大初动能是否相同？答案：根据光电效应方程，hwekm知，不同金属的逸出功不同，故发射光电子的最大初动能不同。（2011新课标全国卷）在光电效应实验中，某金属的极限频率相应的波长为0，该金属的逸出功为_。若用波长为（0）的单色光做实验，则其截止电压为_。（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：（）利用光电效应方程解题的技巧：（1）光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值（对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态）。因为光电流未达到饱和值之前，其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。（2）明确两个决定关系逸出功w0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。三、对康普顿效应的理解在康普顿效应中，有些光子与电子碰撞后的波长变长，你能否从动量的观点和能量的观点分别对其作出解释？答案：在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因而光子动量变小。从p看，动量p减小意味着波长变大，因此有些光子散射后波长变长。同时入射光子与电子相撞时，将本身的一部分能量传递给电子，故能量减小，根据eh可得减小，再由c，得，由于减小，故变大，故光子的波长变长。（2011西安高二检测）康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量。入射光子和电子的作用可以看成弹性碰撞，则当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，如图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞过程中动量_（选填“守恒”或“不守恒”），能量_（选填“守恒”或“不守恒”），碰后光子可能沿_（选填“1”“2”或“3”）方向运动，并且波长_（选填“不变”“变小”或“变长”）。答案：守恒守恒1变长解析：光子与电子碰撞过程满足动量守恒和能量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致，由矢量合成知识可知碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由eh知，频率变小，再根据c知，波长变长。1康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。2光电效应与康普顿效应不同，光电效应是电子吸收光子而出现的现象；康普顿效应是光子与电子碰撞没有被电子吸收出现的现象。1下列关于光电效应的说法正确的是（）。a若某材料的逸出功是w，则它的极限频率0b光电子的初速度和照射光的频率成正比c光电子的最大初动能和照射光的频率成正比d光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大答案：ad解析：由光电效应方程ekmhw知，b、c错误，d正确；若ekm0，得极限频率0，故a正确。2光电效应实验的装置如图所示，开始锌板不带电，则下列说法中正确的是（）。a用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转b用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转c锌板带的是负电荷d使验电器指针发生偏转的是正电荷答案：ad解析：紫外线频率大于锌板的极限频率，故锌板会发生光电效应，向外放出光电子，从而带上正电荷，所以a、d正确。3某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是（）。a延长光照时间b增强光的强度c换用波长较长的光照射 d换用频率较高的光照射答案：d解析：某单色光照射某种金属时不能产生光电效应，说明这种光的频率低于该金属的极限频率，要使该金属产生光电效应，应换用频率高的或波长较短的光照射，故d正确，c错误。发生不发生光电效应与光照时间和光的强度无关，a、b均错误。4美国物理学家康普顿由于在x射线散射方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖。假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比（）。a频率变大b速度变小c光子能量变大 d波长变长答案：d解析：光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，由，eh可知光子频率变