鲁科版选修35光电效应、康普顿效应 课件（78张）.ppt

典例1 已知能使某金属产生光电效应的极限频率为 0 则a 当用频率为2 0的单色光照射该金属时 一定能产生光电子b 当用频率为2 0的单色光照射该金属时 所产生的光电子的最大初动能为h 0 c 当照射光的频率 大于 0时 若 增大 则逸出功增大d 当照射光的频率 大于 0时 若 增大一倍 则光电子的最大初动能也增大一倍 标准解答 选a b 该金属的极限频率为 0 则可知逸出功w h 0 逸出功由金属自身性质决定 与照射光的频率无关 因此c选项错误 由光电效应的实验规律 可知a正确 由光电效应方程ek h w 将w h 0代入可知b正确 d错误 因此 本题正确选项为a b 变式训练 关于光电效应 下列说法正确的是 a 极限频率越大的金属材料逸出功越大b 只要光照射的时间足够长 任何金属都能产生光电效应c 从金属表面出来的光电子的最大初动能越大 这种金属的逸出功越小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 解析 选a 逸出功w h 0 0越大 w越大 a正确 每种金属都存在极限频率 小于极限频率的光照射时间再长也不会发生光电效应 b错误 由ek h w知 在光照频率不变的情况下 ek越大 w越小 c错误 单位时间内逸出的光电子数与光强有关 光强一定 光总能量一定 光子能量大时 光子个数少 d错误 故选a 典例2 白天的天空各处都是亮的 是大气分子对太阳光散射的结果 美国物理学家康普顿由于在这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 思路点拨 光子与电子碰撞遵守动量与能量守恒 由此可得光子能量 再结合 e h 加以解决 标准解答 选d 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 故c错误 由 e h 可知 光子频率变小 波长变长 故a错误 d正确 光子速度是不变的 故b错误 变式训练 光子有能量 也有动量 动量p 它也遵守动量守恒定律 如图所示 真空中有一 形装置 可绕通过横杆中点的竖直轴oo 在水平面内灵活转动 其中左边是圆形黑纸片 吸收光子 右边是同左边大小 质量相同的圆形白纸片 反射光子 当用平行白光垂直纸面照射这两个圆面时 关于装置开始转动的情况 俯视 下列说法中正确的是 a 顺时针方向转动b 逆时针方向转动c 都有可能d 不会转动 解析 选b 设入射光子的动量为p 由于黑纸片吸收光子 光子的动量变化量大小为 p1 p 白纸片反射光子 光子的动量变化量大小为 p2 2p 依据动量定理 光子对白纸片冲击力大些 故b正确 典例3 下列有关光的波粒二象性的说法中 正确的是a 有的光是波 有的光是粒子b 光子与电子是同样的一种粒子c 光的波长越长 其波动性越显著 波长越短 其粒子性越显著d 大量光子的行为往往显示出粒子性 思路点拨 解答本题时应把握以下关键点 自主解答 选c 一切光都具有波粒二象性 光的有些行为 如干涉 衍射 表现出波动性 有些行为 如光电效应 表现出粒子性 所以不能说有的光是波 有的光是粒子 a错 虽然光子与电子都是微观粒子 都具有波粒二象性 但电子是实物粒子 有静止质量 光子不是实物粒子 没有静止质量 电子是以实物形式存在的物质 光子是以场形式存在的物质 所以不能说光子与电子是同样的一种粒子 b错 光的波粒二象性的理论和实验 表明 大量光子的行为表现出波动性 个别光子的行为表现出粒子性 光的波长越长 衍射性越好 即波动性越显著 光的波长越短 其光子能量越大 个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应 所以其粒子性就很显著 故选项c正确 d错 a b d错误 变式训练 在验证光的波粒二象性实验中 下列说法正确的是 a 使光子一个一个地通过狭缝 如果时间足够长 底片上将出现衍射图样b 单个光子通过狭缝后 底片上会出现完整的衍射图样c 光子通过狭缝的路线是直线d 光的波动性是大量光子的运动规律 解析 选a d 单个光子表现为粒子性 大量光子表现为波动性 a d正确 b错误 光子表现为波动性 通过狭缝的路线是不确定的 c错误 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 用弧光灯照射锌板时 验电器指针就张开一个角度 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 解析 选b 锌板原来不带电 在发生光电效应后 逸出电子 则锌板带正电 而验电器的金属球直接与锌板相连 故锌板和指针都带正电 故选b 2 对爱因斯坦光电效应方程ek h w 下面的理解正确的是 a 只要是用同种频率的光照射同一种金属 那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能ekb 式中的w表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功c 逸出功w和极限频率 0之间应满足关系式w h 0d 光电子的最大初动能和入射光的频率成正比 解析 选c 光电效应方程中的w是所有逸出的光电子克服引力做功的最小值 此时直接从金属表面逸出的光电子初动能最大 其他光电子的初动能都小于这个值 a b均错误 入射光频率恰为极限频率时 即刚好有光电子逸出 逸出光电子最大初动能是0 即w h 0 c正确 由ek h w可知 ek和 之间是一次函数关系 但不是成正比关系 d错误 3 在做光电效应的实验时 某金属被光照射发生了光电效应 实验测得光电子的最大动能ek与入射光的频率 的关系如图所示 由实验图线不可以求出 a 该金属的极限频率和极限波长b 普朗克常量c 该金属的逸出功d 单位时间内逸出的光电子数 解析 选d 依据光电效应方程ek h w可知 当ek 0时 0 即图线横坐标的截距在数值上等于金属的极限频率 图线的斜率k tan 可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量 根据图象 假设图线的延长线与ek轴的交点为c 其截距为w 有tan w 而tan h 所以w h 即图象中纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功 4 下列关于光子的说法中 正确的是 a 在空间传播的光不是连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个光子b 光子的能量由光强决定 光强大 每份光子的能量一定大c 光子的能量由光频率决定 其能量与它的频率成正比d 光子可以被电场加速 解析 选a c 按照爱因斯坦的光子说 在空间传播的光不是连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个光子 光子的能量e h 与光的强度无关 故a c正确 b错误 光子不带电 不能被电场加速 d错误 5 频率为 的光照射某种金属材料 产生光电子的最大初动能为ek 若以频率为2 的光照射同一金属材料 则光电子的最大初动能是 a 2ekb ek h c ek h d ek 2h 解析 选b 根据爱因斯坦的光电效应方程ek h w可知 当入射光频率为 时 可知该金属的逸出功w h ek 当入射光的频率为2 时 光电子的最大初动能ek 2h w ek h 故选b 6 已知金属铯的极限波长为0 66 m 用0 50 m的光照射铯金属表面发射光电子的最大初动能为多少 铯金属的逸出功为多少 解析 铯的逸出功为w h 0 h将c 3 108m s h 6 63 10 34j s 0 0 66 10 6m 代入上式可得w 3 10 19j 根据光电效应方程可知 当用波长为 0 50 m的光照射金属铯时 光电子的最大初动能ek h w h w 6 63 10 34 j 3 10 19j 9 8 10 20j 答案 9 8 10 20j3 10 19j 一 选择题 本大题共7小题 每小题4分 共28分 每小题至少一个选项符合题意 1 如图所示 当用一束紫外线照射在与不带电的验电器相连的锌板上时 将发生的现象是 a 验电器金属箔带负电b 有正离子从锌板上飞出来c 有电子从锌板上飞出来d 锌板吸收空气中的正离子 解析 选c 当紫外线照射到锌板上时 发生光电效应 从锌板上飞出电子 因而锌板带正电 验电器也带正电 2 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小d 有可能不发生光电效应 解析 选c 依据光电效应规律知 从光照至金属表面到光电子发射的时间极短 这与光的强度无关 a错误 由爱因斯坦光电效应方程知 逸出光电子的最大初动能与入射光频率有关 光电流与入射光强度成正比 b d错误 c正确 3 下列光电效应的规律中 用波动说能解释的是 a 入射光的频率必须大于 等于被照金属的极限频率才能产生光电效应b 发生光电效应时 光电流的强度与入射光的强度成正比c 光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大d 光电效应发生的时间极短 一般不超过10 9s 解析 选b 按照波动说 入射光只要足够强就能发生光电效应 a c错误 入射光越强 光电流越强 b正确 按照波动说 入射光较弱时 只要照射足够长时间 就能发生光电效应 d错误 4 如图所示 电路中所有元件完好 但光照射到光电管上时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 光照时间短d 电源正负极接反 解析 选b d 只要入射光的频率大于极限频率 就会有光电子射出 与光照强弱 时间长短无关 a c错误 b正确 只要电源所加反向电压大于遏止电压 电子达不到阳极 也不会有光电流 d正确 5 三种不同的入射光a b c分别射在三种不同的金属a b c表面 均恰可使金属逸出光电子 若入射光的波长 a b c 则 a 用入射光a照射金属b或c 金属b c均可发生光电效应现象b 用入射光a b同时照射金属c 金属c可发生光电效应现象c 用入射光c照射a或b 金属a b均可发生光电效应现象d 用入射光b或c 照射金属a 均可使金属a发生光电效应现象 解析 选c d 因 a b c 所以a b c三种光的频率关系为 a b c 依据光电效应方程 用入射光a照射金属b或c 用入射光b照射金属c 均不会发生光电效应 a b错误 用入射光b照射金属a 入射光c照射金属a b均可发生光电效应 c d正确 6 用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应 可得到光电子最大初动能ek随入射光频率 变化的ek 图象 已知钨的逸出功是3 28ev 锌的逸出功是3 24ev 若将二者的图线画在同一个ek 坐标图中 用实线表示钨 虚线表示锌 则正确反映这一过程的图是 解析 选b 依据爱因斯坦光电效应方程ek h w知 图象的斜率代表普朗克常量h 因此两条线应平行 横轴截距代表了极限频率 0 且 0 因此钨的 0大些 b正确 7 有关光的本性 下列说法正确的是 a 光既具有波动性 又具有粒子性 两种性质是不相容的b 光的波动性类似于机械波 光的粒子性类似于质点c 大量光子才具有波动性 个别光子只具有粒子性d 由于光既具有波动性 又具有粒子性 无法只用其中一种去说明光的一切行为 只能认为光具有波粒二象性 解析 选d 19世纪初 人们成功地在实验中观察到了光的干涉 衍射现象 这属于波的特征 微粒说无法解释 但到了19世纪末又发现了光的新现象 电子投射多晶薄膜的衍射图样 光电效应 这种现象用波动说无法解释 而用光子说可以完美地进行解释 证实光具有粒子性 因此 光既具有波动性 又具有粒子性 但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子 波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现 是同一客体的两个不同侧面 不同属性 我们无法用其中的一种去说明光的一切行为 只能认为光具有波粒二象性 二 计算题 本大题共2小题 共22分 8 10分 氦氖激光器发射波长为632 8nm的单色光 试计算这种光的一个光子的能量为多少 若该激光器的发光功率为18mw 则每秒钟发射多少个光子 解析 根据爱因斯坦光子学说 光子能量e h 而 c 所以e 3 14 10 19j因为发光功率已知 所以1s内发射的光子数n 5 73 1016个答案 3 14 10 19j5 73 1016个 9 12分 光电管是应用光电效应实现光信号与电信号之间相互转换的装置 其广泛应用于光功率测量 光信号记录 电影 电视和自动控制等诸多方面 如图所示 c为光电管 b极由金属钠制成 钠的极限波长为5 0 10 7m 现用波长为4 8 10 7m的某单色光照射b极 1 电阻r上电流的方向是向左还是向右 2 求出从b电极发出的光电子的最大初动能 3 若给予光电管足够大的正向电压 电路中光电流为10 a 则每秒射到光电管b极的光子数至少为多少个 解析 1 b电极因逸出光电子带正电 所以r上电流向左 2 ekm 6 63 10 34 3 108 j 1 66 10 20j 3 每秒电路中流过的电子电量q it 10 10 6 1 1 10 5 c 若每个电子吸收一个光子后成为光电子 则光子数至少为n 6 25 1013 个 答案 1 向左 2 1 66 10 20j 3 6 25 1013个 1 如图所示 一光电管的阴极用极限波长 0 500nm的钠制成 光电管阳极a和阴极k之间的电势差u 2 1v 用波长 300nm的紫外线照射阴极 饱和光电流的值 当阴极k发射的电子全部到达阳极a时 电路中的电流达到最大值 称为饱和光电流 im 0 56 a 求 1 每秒内由k极发射的光电子数目 2 电子到达a极时的最大动能 解析 1 设每秒内发射的电子数为n 则n 3 5 1012 个 2 由光电效应方程可知ekm h w0 h h hc 在ak间加电压u时 电子到达阳极时的动能为ek由动能定理eu ek ekm ek ekm eu hc eu代入数值得ek 6 01 10 1