人教版选修35 第17章第2节光的粒子性 课件(33张).ppt

第17章第2节光的粒子性 人教版高中物理选修3 5 重难点一 光电效应 1 光电效应现象 如下图所示 用弧光灯照射锌板 与锌板相连的验电器就带正电 即锌板也带正电 这说明锌板在光的照射下发射出了电子 1 定义 在光的照射下物体发射出电子的现象 叫作光电效应 发射出来的电子叫作光电子 2 研究光电效应的实验装置 如下图所示 阴极k和阳极a是密封在真空玻璃管中的两个电极 k在受到光照时能够发射光电子 电源加在k与a之间的电压大小可以调整 正负极也可以对调 2 光电效应的规律 1 光电效应的实验结果 首先在入射光的强度与频率不变的情况下 iu的实验曲线如下图所示 曲线表明 当加速电压u增加到一定值时 光电流达到饱和值im 这是因为单位时间内从阴极k射出的光电子全部到达阳极a 若单位时间内从阴极k上逸出的光电子数目为n 则饱和电流im ne 式中e为电子电荷量 另一方面 当电压u减小到零 并开始反向时 光电流并没有降为零 这就表明从阴极k逸出的光电子具有初动能 在用相同频率不同强度的光去照射阴极k时 得到的iu曲线如图甲所示 它显示出对于不同强度的光 uc是相同的 这说明同频率 不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的 此外 用不同频率的光去照射阴极k时 实验结果是 频率越高 uc越大 如图乙所示 并且 与uc呈线性关系 如图丙所示 频率低于 c的光 不论强度多大 都不能产生光电子 因此 c称为截止频率 对于不同的材料 截止频率不同 2 光电效应的实验规律 饱和电流im的大小与入射光的强度成正比 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 见图甲 光电子的最大初动能 或遏止电压 与入射光线的强度无关 见图甲 图中io1 io2 io3表示入射光强度 而只与入射光的频率有关 频率越高 光电子的初动能就越大 见图乙 频率低于 c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 光的照射和光电子的逸出几乎是同时的 在测量的精度范围内 10 9s 观察不出这两者间存在滞后现象 光电效应中几个易混淆的概念1 光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量 光子不带电 光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子 其本质是电子 光子是光电效应的因 光电子是果 2 光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时 光子的能量全部被电子吸收 电子吸收光子的能量 可能向各个方向运动 需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量 剩余部分为光电子的初动能 只有金属表面的电子直接向外飞出时 只需克服原子核的引力做功 才具有最大初动能 光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能 3 光子的能量与入射光的强度光子的能量即每个光子的能量 其值为e h 为光子的频率 其大小由光的频率决定 入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量 入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积 4 光电流和饱和光电流金属板飞出的光电子到达阳极 回路中便产生光电流 随着所加正向电压的增大 光电流趋于一个饱和值 这个饱和值是饱和光电流 在一定的光照条件下 饱和光电流与所加电压大小无关 1 光电效应的实质是光现象转化为电现象 2 发生光电效应时 饱和光电流与入射光的强度有关 要明确不同频率的光 不同金属与光电流的对应关系 特别提醒 重难点二 爱因斯坦的光电效应方程 1 解释光电效应中的疑难 1 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 2 光电效应与光的电磁理论的矛盾 矛盾之一 光的能量与频率有关 而不像波动理论中应由振幅决定 按光的波动理论 不论光的频率如何 只要照射时间足够长或光的强度足够大就可以产生光电效应 但实验结果表明 产生光电效应的条件却是入射光频率大于某一极限频率 且光电效应的最大初动能与入射光频率成线性关系 均与光的强度无关 根据能量的观点 电子要从物体中飞出 必须使之具有一定的能量 而这一能量只能来源于照射光 为什么实验表明发射电子的能量与照射光的强度无关 而与光的频率有关 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 矛盾之二 光电效应产生的时间极短 电子吸收光的能量是瞬时完成的 而不像波动理论所预计的那样可能逐渐积累 当一束很细的光照射到物体上时 它的能量将分布到大量的原子上 怎么可能在极短时间内把足够的能量集中到电子上而使之从物体中飞出 1 逸出功和截止频率均由金属本身决定 与其他因素无关 2 光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 但不是正比关系 特别提醒 1 每秒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 每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能 重难点三 康普顿效应 1 光的散射 光在介质中与物质微粒相互作用 光的传播方向发生改变的现象叫作光的散射 2 康普顿效应 在散射线中 除有与入射波长相同的射线外 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作康普顿效应 comptoneffect 栏目链接 3 光子说对康普顿效应的解释 假定x射线光子与电子发生完全弹性碰撞 这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似 按照爱因斯坦的光子说 一个x射线光子不仅具有能量 h 而且还有动量 如下图所示 这个光子与静止的电子发生弹性斜碰 光子把部分能量转移给了电子 能量由h 减小为h 因此频率减小 波长增大 同时 光子还使电子获得一定的动量 这样就圆满地解释了康普顿效应 1 假定x射线光子与电子发生弹性碰撞 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 康普顿效应进一步揭示了光的粒子性 也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性 特别提醒 特别提醒 典型例题 多选 关于康普顿效应 下列说法正确的是 a