高中物理 2.2 涅槃凤凰再飞翔精品课件 沪科版选修35.ppt

2 2涅凤凰再飞翔 核心要点突破 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 2 2 课标定位 学习目标 1 通过实验了解光电效应的实验规律 2 知道爱因斯坦光电效应方程以及意义 3 了解康普顿效应 了解光子的动量 重点难点 对爱因斯坦光电效应方程的理解 用光子说解释光电效应 课标定位 课前自主学案 一 光电效应1 定义在光的照射下物体 的现象叫光电效应 发射出来的电子叫 2 光电效应规律 1 对于各种金属都存在着一个 当入射光的频率高于这个 时 才能产生光电效应 如果入射光的频率低于这个极限频率 无论光多么强 照射时间多长 都不会产生光电效应 发射电子 光电子 极限频率 极限频率 2 光电子的最大动能随着入射光频率的增加而 与入射光的强度无关 3 当产生光电效应时 单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关 光的强度越大 单位时间内逸出的电子数 4 入射光射到金属表面时 光电子的产生几乎是 不超过1 10 9s 增加 越多 瞬时的 思考感悟1 光电子是光子吗 提示 不是 光子是指光在空间传播时的每一份能量 光子不带电 是微观领域中的一种粒子 而光电子是金属表面受到光照射发射出来的电子 因此其本质就是电子 二 爱因斯坦的光子说1 爱因斯坦的光子说光在空间传播时是不连续的 而是一份一份的 一份叫做一个光量子 简称光子 频率为 的光子能量为 这就是爱因斯坦的光子说 2 逸出功在产生光电效应时 电子脱离某种金属所做功的最小值 叫做这种金属的 h 逸出功 3 光电效应方程金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h 这些能量的一部分用来克服金属的逸出功w 剩下的表现为逸出的光电子的最大初动能ekm 用公式表示为 这就是著名的爱因斯坦光电效应方程 h w ekm 思考感悟2 光电子的最大初动能是否与入射光子的能量成正比 提示 不是 由h w ekm得 ekm h w 所以光电子的最大初动能与入射光子的能量是一次函数关系 而不是正比关系 三 光子说的又一证明 康普顿效应1 康普顿效应光在介质中与物质微粒相互作用 因而传播 发生改变 这种现象叫做光的散射 美国物理学家康普顿在研究石墨射线的散射时发现 在散射射线中 除了有与入射线波长相同的射线外 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称为康普顿效应 方向 思考感悟3 为什么说光子是粒子 提示 光子具有能量 质量 动量 表现出了粒子所有的特征 因此光子是粒子 核心要点突破 一 光电效应实验可以用图2 2 1所示的装置 研究光电效应中光电流与照射光的强弱 光的颜色 频率 等物理量间的关系 图2 2 1 阴极k和阳极a是密封在真空玻璃管中的两个电极 阴极k在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 当电源按图示极性连接时 阳极a吸收阴极k发出的电子 在电路中形成光电流 1 光电效应发生的条件只有入射光的频率大于使该金属发生光电效应的极限频率 才能发生光电效应现象 对于一定颜色 频率 的光 无论光的强弱如何 遏止电压都是一样的 光的频率 改变时 遏止电压u也会改变 当入射光的频率减小到某一数值 0时 u减小到零 即不施加反向电压也没有光电流 这表明已经没有光电子了 0称为截止频率或极限频率 这就是说 当入射光的频率 0时 不论光多强 光电效应都不会发生 光电效应具有瞬时性 当入射光的频率超过极限频率 0时 无论入射光怎样微弱 几乎在照到金属时就立即产生光电流 精确测量表明产生电流的时间不超过10 9s 即光电效应几乎是瞬时的 3 存在饱和光电流 在光照条件不变的情况下 随着所加电压的增大 光电流趋于一个饱和值 也就是说在一定光照条件下 单位时间内阴极k发射的光电子数目是一定的 电压增加到一定值时 所有光电子都被阳极a吸收 这时即使再增大电压 电流也不会增大 发生光电效应的前提下入射光越强 饱和电流越大 即入射光越强 单位时间内发射的光电子数目越多 特别提醒 极限频率只与发生光电效应的金属有关 而遏止电压只与入射光的频率有关 饱和电流只与入射光的强度有关 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 2011年高考广东卷 光电效应实验中 下列表述正确的是 a 光照时间越长光电流越大b 入射光足够强就可以有光电流c 遏止电压与入射光的频率有关d 入射光频率大于极限频率才能产生光电子 解析 选cd 要产生光电效应入射光的频率必须大于一个最小频率 即极限频率 当入射光的频率小于极限频率时 不管光的强度多大都不会产生光电效应 与光照时间无关 故d正确 a b错误 对同一种金属 入射光的频率越大 光电子的最大初动能越大 需要的遏止电压越大 c正确 二 光子说解释光电效应规律1 爱因斯坦光电效应方程表明 只有当h w0时 才有光电子逸出 0 就是光电效应的极限频率 2 光电效应方程 ek h w0 光电子的初动能ek与入射光的频率 成线性关系 与光强无关 3 电子一次性吸收光子的全部能量 不需要积累能量的时间 光电效应几乎是瞬时发生的 4 光强越大时 包含的光子数较多 照射金属时产生的光电子多 因而饱和电流大 所以饱和电流与光强成正比 特别提醒 入射光强度 指的是单位时间内光照射在金属单位面积上的光子总能量 1 在入射光频率不变的情况下 光强度与光子数成正比 2 光强度相同时 频率越大 光子数越少 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2011年高考福建理综卷 爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖 某种金属逸出光电子的最大初动能ekm与入射光频率 的关系如图2 2 2所示 其中 0为极限频率 从图2 2 2中可以确定的是 图2 2 2 a 逸出功与 有关b ekm与入射光强度成正比c 当 0时 会逸出光电子d 图中直线的斜率与普朗克常量有关解析 选d 金属的逸出功与入射光无关 a错 光电子的最大初动能与入射光强度无关 b错 当入射光的频率小于极限频率 不能发生光电效应现象 c错 据光电效应方程可知图像的斜率与普朗克常量有关 d对 课堂互动讲练 下表给出了一些金属材料的逸出功 现用波长为400nm的单色光照射上述材料 能产生光电效应的材料最多有 普朗克常量h 6 6 10 34j s 光速c 3 0 108m s a 2种b 3种c 4种d 5种 思路点拨 熟悉发生光电效应的条件和光子的能量及光的波长 波速与频率的关系是解决本题的关键 精讲精析 当单色光的频率大于金属的极限频率时便能产生光电效应 即照射光子的能量大于金属的逸出功 e h 及c 得 e h 6 6 10 34 j 4 95 10 19j 照射光光子的能量大于铯 钙的逸出功 能产生光电效应的材料有2种 故a正确 答案 a 规律总结 知道入射光的频率高于金属的极限频率便有光电子逸出 即入射光子的能量h 大于逸出功w 不需要计算入射光的频率及金属的极限频率 入射光照到某金属表面发生光电效应 若入射光的强度减弱 而频率保持不变 则下列说法中正确的是 a 从光照射到金属表面上到金属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 思路点拨 应用光电效应的规律进行分析 精讲精析 发生光电效应几乎是瞬时的 跟入射光的强度无关 故a错误 能否发生光电效应 与入射光的强度无关 只要入射光的频率大于极限频率即可 故d错误 光电子的最大初动能跟入射光的频率有关 跟入射光的强度无关 所以b错误 入射光强度减弱 即入射光子数减少 入射光子与逸出光电子是一对一关系 因而逸出的光电子数亦减少 故c正确 答案 c 易误警示 在光电效应中 入射光的频率和强度从不同的方面影响光电效应 要区分这两个方面的影响 铝的逸出功是4 2ev 现在将波长200nm的光照射铝的表面 1 求光电子的最大初动能 2 求遏止电压 3 求铝的截止频率 答案 1 3 225 10 19j 2 2 016v 3 1 014 1015hz 变式训练如图2 2 3所示的实验电路图 当用黄色光照射光电管中的金属涂层时 毫安表的指针发生了偏转 若将电