2019-2020学年高中物理 第17章 波粒二象性 2 光的粒子性课件 新人教版选修3-5

2光的粒子性,“干将”“莫邪”是中国古代的名剑在铸剑过程中，温度的把控是至关重要的，它决定着剑的质量那么在没有温度计的古代，铸剑大师是如何把控温度的呢？请你根据学过的知识猜测他们是怎么做的答案：根据热辐射的规律可知，不同的温度，辐射出的光波的波长是不一样的，即光的颜色会有所差异因此铸剑师可能根据炼剑炉内光的颜色估测炉内的温度,一、光电效应现象及实验规律1光电效应现象：在光的照射下物体_的现象，发射出来的电子叫_【答案】发射电子光电子特别提醒：(1)定义中的光包括可见光和不可见光(2)光电子是光照射下发射出来的电子，不是光子,2光电效应规律(1)光电效应存在着_光电流，表明入射光强度一定，金属表面单位时间发射的光电子数_，入射光越强，饱和光电流_，表明入射光越强，单位时间内发射的光电子数_(2)存在着_电压和截止频率只有施加_电压且达到某一值时才会使光电流为零，这一电压称为_电压，_电压的存在说明光电子具有一定的_能使某种金属发生光电效应的_频率叫做该金属的截止频率，当入射光频率_截止频率时，不论光多么强，光电效应都不会发生,(3)光电效应具有_，光电效应几乎是瞬时的，不超过109s.(4)任何一种金属都有一个截止频率或极限频率0，入射光的频率需满足：_0，才能发生光电效应【答案】(1)饱和一定越大越多(2)遏止反向遏止遏止初速度最小小于(3)瞬时性(4)3逸出功：电子从金属中逸出所需做功的_，不同金属的逸出功_【答案】最小值不同,二、光电效应方程1光子：光本身是由一个个不可分割的_组成，被称为_，频率为的光子为h.【答案】能量子光子2光子说对光电效应的解释：(1)光子照到金属上，它的能量就可以被金属中的_吸收，电子吸收光子后能量_，若能量足够大时，电子就能摆脱金属内正电荷对它的引力，离开金属表面而成为光电子，若光子的能量eh小于电子逃逸出来所需做功的最小值，就不能发生光电效应,(2)金属中电子对光子的吸收是_的，这可解释光电效应的瞬时性【答案】(1)电子增大(2)十分迅速3光电效应方程：_.式中ek表示_，w表示_，h表示_【答案】ekhw最大初动能逸出功光子能量,三、康普顿效应1光的散射：光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向_的现象【答案】发生改变2康普顿效应：在光的散射中，除了与入射波长0相同的成分外，还有波长_的成分【答案】大于03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_性的一面【答案】粒子,四、光子的动量p_.,1研究光电效应规律的电路(1)图中光束照在阴极k上，从k上打出的光电子，在ak之间电场作用下向a极板运动(图中是加速的)，电子加速到达a极板越多，光电流越大，当k极中逸出的光电子全部都到达a极时，电流就饱和了，再增加电压，电流也不会再增加，这时的电流就是饱和光电流,光电效应规律的理解,(2)如果在装置上加反向电压，那么光电子经过反向电场减速作用，飞到a极板上动能减小，当所加的反向电压增加时，打在a极板上的电子数就逐渐减少，直到增加到某个电压值uc时，便没有电子打到a极上，这个uc就是遏止电压当改变入射光的频率时，遏止电压也变化，当入射光频率减少到某个值时，即使不加反向电压，也没有光电流，说明已经没有光电子逸出，这时的频率就是极限频率,2光电效应的规律(1)任何一种金属都有一个截止频率或极限频率0，入射光的频率必须大于0才会发生光电效应(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大(3)光电效应的发生是瞬时的，不超过109s.(4)发生光电效应时，入射光越强，饱和光电流越大，逸出的光电子数越多，逸出电子的数目与入射光的强度成正比,3对光电效应的理解(1)入射光强度：指单位时间内照射到金属表面单位面积上的光子的总能量，是由入射光子数和入射光子的频率决定的可用pnh表示，其中n为单位时间内的光子数(2)在入射光频率不变情况下，光的强度与单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数成正比(3)对于不同频率的入射光，即使光的强度相等，在单位时间内照射到金属单位面积的光子数也不相同，从金属表面逸出的光电子数不同，形成的光电流不同,(4)饱和光电流：指光电流的最大值(即饱和值)，在光电流未达到最大值之前，因光电子尚未全部形成光电流，所以光电流的大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，电压越大，被吸引变成光电流的光电子越多但如果达到饱和光电流，则光电流与两极间电压无关，只与入射光强度有关(5)饱和光电流与入射光的强度成正比：在入射光频率不变的情况下，饱和光电流与入射光强度成正比,1(2017重庆质检)用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极k，电流计g的指针发生偏转而用另一频率的单色光b照射光电管阴极k时，电流计g的指针不发生偏转，那么(),aa光的波长一定大于b光的波长b增加b光的强度可能使电流计g的指针发生偏转c用a光照射光电管阴极k时通过电流计g的电流是由d到cd只增加a光的强度可使通过电流计g的电流增大【答案】d,解析：用一定频率的a单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，知a0，a光的波长小于b光的波长，所以a错误；发生光电效应的条件为0，增加b光的强度不能使电流计g的指针发生偏转，b错误；发生光电效应时，电子从光电管左端运动到右端，而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c流向d，c错误；增加a光的强度可使通过电流计g的电流增大，故d正确,1光子说对光电效应规律的解释(1)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子的束缚，就不能发生光电效应,光子说对两种效应的解释,(3)电子接收能量的过程极其短暂，接收能量后的瞬间即挣脱束缚，所以光电效应的发生也几乎是瞬间的(4)发生光电效应时，单位时间内逸出的光电子数与光强度成正比，光强度越大意味着单位时间内打在金属上的光子数越多，那么逸出的电子数目就越多,2光子说对康普顿效应的解释(1)假定某射线的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，一个射线光子不仅具有能量eh，而且还有动量，如图所示，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减小到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,2(2017荆州月考)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【答案】a,解析：逸出功wh0，知极限频率越大，逸出功越大，故a正确光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，故b错误根据光电效应方程ekmhw0知，最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不会影响金属的逸出功，故c错误入射光的光强一定时，频率越高，光子的能量值越大，入射光中的光子的数目越少，单位时间内逸出的光电子数就越少，故d错误,1爱因斯坦认为，一个入射光子能量只能被一个电子获得，这个电子能否从金属中逸出，取决于两个因素：一是电子获得多少能量(即入射光子的能量有多大)；二是金属对逸出电子的束缚导致电子逸出时消耗了多少能量在光电效应中，从金属表面逸出的电子消耗能量最少，因而有最大初动能,爱因斯坦光电效应方程的理解,3(2018烟台期末)关于光电效应的下列说法中，正确的是()a光电流的强度与入射光的强度无关b入射光的频率增大，则金属的逸出功也随着增大c无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应d当用频率为20的单色光照射截止频率为0的金属时，所产生的光电子的最大初动能为h0，其中h为普朗克常量【答案】d,1“光子”与“光电子”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2“光子的能量”与“入射光强度”光子的能量是一份一份的，每一份的能量为eh，其大小由光的频率决定；而入射光的强度是指单位时间内入射光中所包含光子的能量总和，入射光强度可表示为inh，其中n为单位时间射入的光子数,光电效应中几个易混淆的概念,3“光电子的最大初动能”与“光电子的动能”光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量后，可能向各个方向运动，运动过程中要克服原子核的阻碍而损失一部分能量，剩余部分能量转化为光电子的初动能，由于金属表面的电子，只需克服原子核的引力做功就能从金属表面逸出，所以这些光电子具有最大初动能，其值为ekhw0(式中w0为金属的逸出功)，而不从金属表面发射的光电子，在逸出的过程中损失的能量会更多，所以此时光电子的动能ekek，可以是0ek之间的任何数值,4“光电流”与“饱和光电流”在一定频率与强度的光照射下，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压u增加而增大，当u比较大时，光电流达到饱和值im，这时再增大u，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也不会再增加，即饱和光电流是在一定频率与强度光照射下的最大光电流,4关于光电效应，下列说法中正确的是()a金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属b如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应c发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大d不同金属产生光电效应的入射光的最低频率是相同的,【答案】b【解析】金属内的每个电子一次只能吸收一个光子，而且是不能积累的，故a错误；根据光电效应产生的条件可知，当入射光光子的能量小于金属的逸出功时，不能发生光电效应，故b正确；光子的能量与光照强度无关，只与光的频率有关，光子的最大初动能与光照强度无关，随着入射光的频率增大而增大，故c错误；每种金属都有自己的极限频率，故d错误故选b.,1ekm曲线：如图甲所示的是光电子最大初动能ekm随入射光频率的变化曲线这里，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负值；斜率为普朗克常量,光电效应曲线理解,2iu曲线：如图乙所示的是光电流强度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,5(2018揭阳一模)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，若将二者的图线画在同一个ek坐标系中，如图所示，实线表示钨，虚线表示锌，则由图可知()a锌的逸出功比钨的逸出功大b两者的图线可能不平行c图线在横轴的截距等于逸出功d光电子最大初动能还和入射光的强度有关【答案】a,例1光电效应实验的装置如图所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是(),光电效应现象及演示实验,a用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转b用绿色光照射锌板，验电器指针会发生偏转c锌板带的是正电荷d使验电器指针发生偏转的是正电荷解析：将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带电子，而且锌板带的是正电，这说明在紫外线照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，a、c、d对；绿光不能使锌板发生光电效应，b错答案：acd,反思领悟：明确演示实验中验电器指针张开角度的原因是因为紫外线使锌板发生了光电效应,1(2018三明模拟)用图示装置研究光电效应现象，阴极管k与滑动变阻器的中心抽头c相连，当滑动头p从c移到a的过程中，用某可见光照射阴极管，光电流始终为零为了产生光电流，可采取的措施是()a改用红外线照射b增大入射光的频率c增大入射光的强度d把p从c向b移动【答案】b,解析：当滑动头p从a移到c的过程中，光电管加的是正向电压，光电流始终为零，说明没有产生光电效应，要产生光电流，则需要增大入射光的频率改用红外线照射，入射光的频率减小，不能产生光电效应，不能形成光电流，故a错误；增大入射光的频率，当入射光的频率大于金属的极限频率时，产生光电效应，金属有光电子发出，电路中能产生光电流，故b正确；能否产生光电效应与入射光的强度无关，增大入射光的强度，仍不能产生光电流，故c错误；把p从c向b移动，没有增大入射光的频率，仍然不能产生光电效应，没有光电流形成，故d错误,例2已知能使某金属产生光电效应的极限频率为0，则下列说法正确的是()a当用频率为20的单色光照射该金属时，一定能产生光电子b当用频率为20的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为h0c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,光电效应规律及其解释,解析：该金属的极限频率为0，则可知逸出功w0h0，逸出功由金属本身性质决定，与照射光的频率无关，c错，由光电效应规律可知a对，由光电效应方程ekmhw0，将w0h0代入可知b对，d错答案：ab反思领悟：光电效应的实验规律是本节考查的重点之一，要牢记光电效应发生的条件及光子说对规律的解释,2(2018上海二模)用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出如果换一种频率更大、强度较弱的光照射该金属，则()a单位时间内逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小b单位时间内逸出的光电子数增大，光电子的最