高中物理 第十七章 第二节 科学的转折：光的粒子性学案 新人教版选修35.doc

第十七章 波粒二象性2科学的转折：光的粒子性【学习目标】1了解光电效应及其实验规律，感受以实验为基础的科学研究方法。2知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，感受科学家在面对科学疑难时的创新精神。3了解康普顿效应及其意义。【重点难点】1光电效应的实验规律。2用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应规律。【课前预习】1光电效应（1）在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射 的现象叫做光电效应。（2）光电效应实验中，金属受光照射后从表面发射出来的电子叫 电子，实质上光电子是获得了光的能量的电子，并不是其它粒子。2光电效应的实验规律（1）饱和电流的大小与 成正比，也就是单位时间内逸出的光电子数目与入射光的强度成正比（如图用相同频率不同强度光照射阴极k得到的i-u图象）。（2）光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光的强度无关，而只与 有关，频率越高，光电子的初动能（或遏止电压）就越大，关系式为。（3）频率低于的入射光，无论光的强度多大，照射时间多长，都不能使光电子逸出。即存在 。（4）光的照射和光电子的逸出几乎是 ，在测量的精度范围内（）观察不出这两者间存在滞后现象。3光电效应解释中的疑难（1）矛盾之一：光的能量与 有关，而不是由 决定。这个问题曾使物理界大为困惑，使经典的光的波动理论面临挑战。（2）矛盾之二：光电效应产生的时间极短，电子吸收光的能量是 完成的，而不像波动理论所预计的那样可能。4爱因斯坦的光电效应方程。（1）光子说：光不是 的，而是一份一份的，每一份光叫一个光子，一个光子的能量为 。（2）逸出功：使电子脱离某种金属所做功的 ，用表示，不同金属的逸出功不同。（3）光电效应方程为 。5康普顿效应（1）光的散射：光在介质中与 相互作用，光的传播 发生改变的现象叫做光的散射。（2）康普顿效应：在散射线中，除有与入射波长 的射线外，还有波长比入射波长_的射线，人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应。6光子的动量在狭义相对论中：一定的质量m与一定的能量e相对应，即 。由此可推出光子的动量的表达式为 。【预习检测】1在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用紫外灯照射锌板时，验电器的指针就张开了一个角度，如图所示，这时（ ）a锌板带正电，指针带负电b锌板带正电，指针带正电c锌板带负电，指针带正电d锌板带负电，指针带负电2某种单色光照射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换用频率较低的光照射c增大光的强度d换用波长较短的光照射3用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应，现将该单色光的强度减弱，则（ ）a光电子的最大初动能不变b光电子的最大初动能减少c单位时间内产生的光电子数减少d可能不发生光电效应4关于光电效应,以下说法正确的是（ ）a光电子的最大初动能与入射光的频率成正比b光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强c能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功d用频率是的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是的黄光照射该金属一定不发生光电效应5康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向 运动（填“1”、“2”、“3”）,并且波长 （填“不变”“变小”或“变长”）。 6紫外线光子的动量为，一个静止的吸收了一个紫外线光子后（ ）a仍然静止b沿着光子原来运动的方向运动c沿光子运动相反方向运动d运动方向不能确定参 考 答 案【课前预习】1.（1）电子， （2）光2（1）入射光的强度， （2）入射光的频率， （3）截止频率， （4）同时的3（1）频率，振幅； （2）瞬时4（1）连续， （2）最小值， （3）5（1）物质粒子，方向， （2）相同，长6【预习检测】1b， 2d， 3ac， 4c， 51，变长， 6d堂中互动【典题探究】【例1】如图所示，一验电器与锌板相连，在a处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角。（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”）。（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。答案（1）减小 （2）无解析（1）当用紫外光照射锌板时，锌板发生光电效应，放出光电子而带上了正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，从而指针发生了偏转。当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏转减小。（2）使验电器指针回到零，用钠灯黄光照射，验电器指针无偏转，说明钠灯黄光的频率小于截止频率，红外光比钠灯黄光的频率还要低，更不可能发生光电效应。能否发生光电效应与入射光的强度无关。【例2】分别用和的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1：2。以表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？解析设此金属的逸出功为w，根据光电效应方程得如下两式当用波长为的光照射时：当用波长为的光照射时：又，解得【例3】某同学为