人教版选修35 第十七章 2 光的粒子性 学案.docx

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ekaekbd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4a1.9 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hw0mv，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w0eb.1(光电效应现象的理解)(多选)如图8所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是()图8a用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转b用红光照射锌板，验电器指针一定会发生偏转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ad2(光电效应的实验规律)利用光电管研究光电效应实验如图9所示，用频率为的可见光照射阴极k，电流表中有电流通过，则()图9a用紫外线照射，电流表不一定有电流通过b用红光照射，电流表一定无电流通过c用频率为的可见光照射k，当滑动变阻器的滑动触头移到a端时，电流表中一定无电流通过d用频率为的可见光照射k，当滑动变阻器的滑动触头向b端滑动时，电流表示数可能不变答案d解析因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项a错误因不知阴极k的截止频率，所以用红光照射时，不一定发生光电效应，所以选项b错误即使uak0，电流表中也可能有电流通过，所以选项c错误当滑动触头向b端滑动时，uak增大，阳极a吸收光电子的能力增强，光电流会增大，直至达到饱和电流若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大uak，光电流也不会增大，所以选项d正确3(光电效应中的图象问题)如图10所示是光电效应中光电子的最大初动能ek与入射光频率的关系图象从图中可知()图10aek与成正比b入射光频率必须小于极限频率c时，才能产生光电效应c对同一种金属而言，ek仅与有关dek与入射光强度成正比答案c解析由ekhw0知c正确，a、b、d错误4(光电效应方程的应用)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_已知电子电荷量的绝对值、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.答案解析由光电效应方程知，光电子的最大初动能ekhw0，其中金属的逸出功w0hc，又由c知w0，用波长为的单色光照射时，其ekhc.又因为eucek，所以遏止电压uc.一、选择题考点一光电效应现象及规律1关于光电效应，下列说法正确的是()a当入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应b只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应c光电效应现象中存在极限频率，导致含有光电管的电路存在饱和电流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就越多答案a2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c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就减少，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3关于光电效应现象，下列说法中正确的是()a只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生b光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比c发生光电效应的时间一般都大于107 sd保持入射光频率不变，发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比答案d解析由hh知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，a错；由ekhw0知，最大初动能与入射光频率有关，与入射光的强度无关，b错；发生光电效应的时间一般不超过109 s，c错4.如图1，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则()图1a电源右端应为正极b流过电流表g的电流大小取决于入射光的频率c流过电流表g的电流方向是a流向bd普朗克解释了光电效应并提出光子能量h答案c解析发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流表g的电流方向是a流向b；光电管两端可能是正向电压也可能是反向电压，所以电源右端可能为正极，也可能为负极；流过电流表g的电流大小取决于入射光的强度，与入射光的频率无关；爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量h.考点二光电效应方程的应用5(多选)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为c，则()a当用频率为2c的单色光照射该金属时，一定能产生光电子b当用频率为2c的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hcc当入射光的频率大于c时，若增大，则逸出功增大d当入射光的频率大于c时，若增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍答案ab解析因入射光的频率大于或等于极限频率时会产生光电效应，所以a正确；因为金属的极限频率为c，所以逸出功w0hc，再由ekhw0得，ek2hchchc，b正确；因为逸出功是光电子恰好逸出时需要做的功，对于同种金属是恒定的，故c错误；由ekhw0hhch(c)可得，当增大一倍时：2，故d错误6分别用波长为和的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为12，以h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为()a. b. c. d.答案a解析根据光电效应方程得ek1hw0ek2hw0又ek22ek1联立得w0，a正确7(多选)如图2所示，两平行金属板a、b间电压恒为u，一束波长为的入射光射到金属板b上，使b板发生了光电效应，已知该金属板的逸出功为w0，电子的质量为m，电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，真空中光速为c，下列说法中正确的是()图2a入射光子的能量为hb到达a板的光电子的最大动能为hw0euc若增大两板间电压，b板没有光电子逸出d若减小入射光的波长一定会有光电子逸出答案abd解析根据h，而，则光子的能量为h，故a正确；光电子逸出的最大初动能ekmhw0，根据动能定理，ekmekmeu，则到达a板的光电子的最大动能为ekmhw0eu，故b正确；若增大两板间电压，不会影响光电效应现象，仍有光电子逸出，故c错误；若减小入射光的波长，那么频率增大，一定会有光电子逸出，故d正确考点三光电效应图象问题8(多选)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3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()图3a普朗克常量可表示为b若更换材料再实验，得到的图线的k不改变，b改变c所用材料的逸出功可表示为ebdb由入射光决定，与所用材料无关答案bc解析根据光电效应方程ekhw0，以及ekeuc得：uc，图线的斜率k，解得普朗克常量hke，故a错误；纵轴截距的绝对值b，解得逸出功w0eb，故c正确；b等于逸出功与电子电荷量绝对值的比值，而逸出功与材料有关，则b与材料有关，故d错误；更换材料再实验，由于逸出功变化，可知图线的斜率不变，纵轴截距改变，故b正确故选b、c.9研究光电效应的电路如图4所示用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极k)，钠极板发射出的光电子被阳极a吸收，在电路中形成光电流下列光电流i与a、k之间的电压uak的关系图象中，正确的是()图4答案c解析用频率相同的光照射同一金属时，发射出的光电子的最大初动能相同，所以遏止电压相同；饱和光电流与光的强度有关，光的强度越大，饱和光电流越大，故选项c正确10(多选)美国物理学家密立根利用图5甲所示的电路研究金属的遏止电压uc与入射光频率的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h，电子电荷量的绝对值用e表示，下列说法正确的是()图5a入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片p向m端移动b增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大c由uc图象可知，这种金属截止频率为cd由uc图象可得普朗克常量的表达式为h答案cd解析入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片p向n端移动，故a错误；根据光电效应方程ekhw0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，故b错误；根据ekhw0euc，解得uc，图线的斜率k，则h，当遏止电压为零时，c，故c、d正确二、非选择题11(对光电管实验及图象的考查)小明用阴极为金属铷的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图6甲所示已知普朗克常量h6.631034 js.图6(1)图甲中电极a为光电管的_(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压uc与入射光频率之间的关系如图乙