人教版选修35 第十七章 2 光的粒子性 课件（44张）.pptx

2光的粒子性 第十七章波粒二象性 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 内容索引 重点探究启迪思维探究重点 达标检测检测评价达标过关 自主预习预习新知夯实基础 自主预习 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 能使金属中的从表面逸出的现象 2 光电子 光电效应中发射出来的 3 光电效应的实验规律 1 存在着电流 在光的颜色不变的情况下 入射光越强 饱和电流 2 存在着遏止电压和频率 入射光的频率低于截止频率时 填 能 或 不能 发生光电效应 3 光电效应具有性 光电效应中产生电流的时间不超过10 9s 电子 电子 饱和 越大 截止 不能 瞬时 4 逸出功 使电子脱离某种金属所做功的值 用w0表示 不同金属的逸出功 最小 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 而是的 每一份叫做一个光的能量子 简称光子 光子的能量 其中h 6 63 10 34j s 称为普朗克常量 2 最大初动能 发生光电效应时 金属表面上的吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的值 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 一份一份 h 电子 最大 最小 4 光电效应方程 1 表达式 或 2 物理意义 金属中电子吸收一个光子获得的能量是 这些能量一部分用于克服金属的 剩下的表现为逸出后电子的 h ek w0 ek h w0 h 逸出功w0 最大初动能 三 康普顿效应1 光的散射光在介质中与相互作用 因而传播方向 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 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 深入揭示了光的的一面 物质微粒 发生改变 大于 粒子性 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 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 即学即用 答案 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 重点探究 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 答案 答案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 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 答案 答案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 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 答案 答案光电子的能量与入射光频率有关 与光的强度无关 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 答案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 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ek h w0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h w0时没有光电流产生 d错 故选a c 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 解析 针对训练1 多选 如图2所示 电路中所有元件完好 光照射到光电管上 灵敏电流计中没有电流通过 其原因可能是a 入射光太弱b 入射光波长太长c 光照时间太短d 电源正 负极接反 答案 图2 解析 解析金属存在截止频率 超过截止频率的光照射金属时才会有光电子射出 射出的光电子的动能随频率的增大而增大 动能小时不能克服反向电压 也不会有光电流 入射光的频率低于截止频率 不能产生光电效应 与光照强弱无关 选项b正确 a错误 电路中电源正 负极接反 对光电管加了反向电压 若该电压超过了遏止电压 也没有光电流产生 d正确 光电效应的产生与光照时间无关 c错误 二 光电效应方程的理解和应用 导学探究 用如图3所示的装置研究光电效应现象 用光子能量为2 75ev的光照射到光电管上时发生了光电效应 电流表的示数不为零 移动滑动变阻器的滑动触头 发现当电压表的示数大于或等于1 7v时 电流表示数为0 1 光电子的最大初动能是多少 遏止电压为多少 答案 图3 答案1 7ev1 7v 2 光电管阴极的逸出功又是多少 答案 答案w0 h ek 2 75ev 1 7ev 1 05ev 3 当滑动触头向a端滑动时 光电流变大还是变小 答案变大 4 当入射光的频率增大时 光电子最大初动能如何变化 遏止电压呢 答案变大变大 知识深化 1 光电效应方程ek h w0的四点理解 1 式中的ek是光电子的最大初动能 就某个光电子而言 其离开金属时剩余动能大小可以是0 ek范围内的任何数值 2 光电效应方程实质上是能量守恒方程 能量为 h 的光子被电子吸收 电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引 另一部分就是电子离开金属表面时的动能 如要克服吸引力做功最少为w0 则电子离开金属表面时动能最大为ek 根据能量守恒定律可知 ek h w0 3 光电效应方程包含了产生光电效应的条件 若发生光电效应 则光电子的最大初动能必须大于零 即ek h w0 0 亦即h w0 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 a b 则一定有ua ubb 若 a b 则一定有eka ekbc 若ua ub 则一定有eka ekbd 若 a b 则一定有h a eka h b ekb 答案 解析 解析由爱因斯坦光电效应方程得 ek h w0 由动能定理得 ek eu 若用a b单色光照射同种金属时 逸出功w0相同 当 a b时 一定有eka ekb ua ub 故选项a错误 b正确 若ua ub 则一定有eka ekb 故选项c正确 因逸出功相同 有w0 h a eka h b 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 5ev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 6v时 电流表读数仍不为零 当电压表读数大于或等于0 6v时 电流表读数为零 由此可知阴极材料的逸出功为a 1 9evb 0 6evc 2 5evd 3 1ev 图4 答案 解析 解析由题意知光电子的最大初动能为ek euc 0 6ev所以根据光电效应方程ek h w0可得w0 h ek 2 5 0 6 ev 1 9ev 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a 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 图5 答案 解析 光电效应图线的理解和应用1 ek 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 ek h w0 ek是 的一次函数 不是正比例函数 图6 2 i u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ek euc和ek h w0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 解析 ek eb 达标检测 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a 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 1 2 3 答案 图8 4 2 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 答案 1 2 3 解析 图9 a 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 4 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uak 0 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 1 2 3 4 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