1、2.2 涅槃凤凰再飞翔,第2章 波和粒子,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,知识探究 新知探究 点点落实,题型探究 重点难点 各个击破,达标检测 当堂检测 巩固反馈,知识探究,一、光电效应及其实验规律,导学探究 1.探究光电效应产生的条件 如图1所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯发射紫外线).,(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象为_，说明_ _ _.,答案,验电器箔片张开,锌板带电了.,弧光灯发出的紫外线照射到锌板上，
2、在锌板表面发射出光电子，从而使锌,板带上了正电,图1,(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象为_，说明_ _. (3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象为_，说明_.,答案,箔片张角明显减小,锌板产生光电效应是光中紫外线照射的,可见光不能使锌板发生光电效应,结果而不是可见光,观察不到箔片张开,2.研究光电效应的规律 如图2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2,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.,(1)在甲图中发现，利用紫外线照射
3、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 保持入射光频率不变，当发生光电效应时，飞出的光电子个数只与光的强度有关.,答案,(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？,(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.,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
4、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.,答案,(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.,知识梳理 1.光电效应 在光的照射下物体发射 的现象叫做光电效应.发射出来的电子叫 . 2.光电效应的实验规律 (1)对于各种金属都存在着一个极限频率，当入射光的频率_ 时，才能产生光电效应； (2)光电子的最大动能随着 的增加而
5、增加，与入射光的强度 ； (3)保持入射光频率不变，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 有关； (4)入射光射到金属表面时，光电子的产生几乎是 的，不超过_.,电子,高于这个极限频率,入射光频率,入射光的强度,无关,光电子,瞬时,1109 s,即学即用 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.( ),答案,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2.75 eV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
6、阻器的滑动触头，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为0.,二、爱因斯坦的光子说,答案,图3,答案 1.7 eV 1.7 V,(1)光电子的最大动能是多少？遏止电压为多少？,(2)光电管阴极的逸出功又是多少？,答案,答案 WhEkm2.75 eV1.7 eV1.05 eV,(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，光电子最大动能如何变化？遏止电压呢？,答案 变大 变大,知识梳理 1.光子说：光在空间传播时是 的，而是 的，一份叫做一个光量子，简称光子.光子的能量E . 2.逸出功 使电子脱离某种金属所做功的 值，用W表示，不同金
7、属的逸出功 . 3.最大动能：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.4.遏止电压与极限频率 (1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压. (2)极限频率：能使某种金属发生光电效应的 频率叫做该种金属的极限频率.不同的金属对应着不同的极限频率.,不连续,一份一份,h,最小,不同,电子,最大,最小,5.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 . (3)光电效应方程说明了产生光电效应的条件 若有光电子逸出，则光电子的最大动能必须大于零，即EkmhW
8、0，亦即h ，_，而0_恰好是光电效应的极限频率.,hEkmW,EkmhW,h,最大动能,逸出功W,W,即学即用 判断下列说法的正误. (1)从金属表面出来的光电子的最大动能越大，这种金属的逸出功越小. ( ) (2)光电子的最大动能与入射光的频率成正比.( ) (3)入射光若能使某金属发生光电效应，则该入射光的强度越大，照射出的光电子越多.( ) (4)遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关.( ),答案,导学探究 太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的，为什么？,三、康普顿效应,
9、答案,答案 在地球上存在着大气，太阳光经大气中微粒散射后传向各个方向，而在太空中的真空环境下光不再散射只向前传播.,知识梳理 1.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，除了与入线射波长相同的成分外，还有波长 入射线波长的成分，这个现象称为康普顿效应. 2.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 ，进一步为光的粒子性提供了证据. 3.光子的动量 表达式：p_.,大于,动量,即学即用 判断以下说法的正误. (1)光子的动量与波长成反比.( ) (2)光子发生散射后，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化. ( ) (3)有些光子发
10、生散射后，其波长变大.( ),答案,题型探究,一、光电效应现象及其实验规律,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.发生光电效应时，在光的颜色不变的情况下，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没有简单的正比关系.,解析 保持入射光的频率不变，入
11、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； 根据爱因斯坦光电效应方程EkmhW可知，入射光的频率变高，光电子的最大动能变大，饱和光电流不变，B错，C对； 当hW时没有光电流产生，D错.,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4所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏
12、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,解析,图4,解析 金属存在极限频率，超过极限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.入射光的频率低于极限频率，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.,1.光电效应方程EkmhW的四点理解 (1)式中的Ekm是光电子的最大动能，就某个光电子而言，其离开金
13、属时剩余动能大小可以是0Ekm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W，则电子离开金属表面时动能最大为Ekm，根据能量守恒定律可知：EkmhW.,二、光电效应方程的理解和应用,(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，则光电子的最大动能必须大于零，即EkmhW0，亦即hW， 0，而0 恰好是光电效应的极限频率.,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： 光照强度越强光子数目多发
14、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动能大.,A.1.9 eV B.0.6 eV C.2.5 eV D.3.1 eV,例2 如图5所示，当开关K断开时，用光子能量为2.5 eV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0.6 V时，电流表读数仍不为零.当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零.由此可知阴极材料的逸出功为,解析 由题意知光电子的最大动能为EkmeU00.6 eV 所以根据光电效应方程EkmhW可得 WhEkm(2.50.6) eV1.9 eV.,答案,解析,图5,例3 在光电效应实验中，飞飞同学用同一光
15、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6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动能大于丙光对应的光电子最大动能,答案,解析,图6,解析 当光电管两端加上遏止电压光电流为零时，有EkmeU0，对同一光电管(逸出功W相同)使用不同频率的光照射，有hWEkm，两式联立可得hWeU0，丙光的遏止电压最大，则丙光的频率最大，甲光的频率等于乙光的频率，A、C错误；,又由hWEkm或由Ekm0eU0可知丙光对应的最大动能最大，D错误.,光电效应图线的理解和应用 1.Ekm
16、图线：如图7甲所示是光电子最大动能Ekm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(EkmhW，Ekm是的一次函数，不是正比例函数).,图7,2.IU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，U0为遏止电压. 说明：由EkmeU和EkmhW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； 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U0与入射光的频率的关系如图8所示.若该直线的斜率和纵截距分别为
17、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_.,答案,ek,eb,图8,达标检测,1.(光电效应现象的理解)(多选)如图9所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器箔片张开一个角度，则下列说法中正确的是 A.用紫外线照射锌板，验电器箔片会张开 B.用红光照射锌板，验电器箔片一定会张开 C.锌板带的是负电荷 D.使验电器箔片张开的是正电荷,1,2,3,4,图9,答案,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
18、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,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10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,1,2,3,4,答案,解析,图10,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UAK0，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
19、不会增大，所以选项D正确.,1,2,3,4,A.Ekm与成正比 B.入射光频率必须小于极限频率c时，才能产生光电效应 C.对同一种金属而言，Ekm仅与有关 D.Ekm与入射光强度成正比,3.(光电效应中的图像问题)如图11所示是光电效应中光电子的最大动能Ekm与入射光频率的关系图像.从图中可知,1,2,3,4,解析 由EkmhW知C正确，A、B、D错误.,答案,解析,图11,4.(光电效应方程的应用)在光电效应实验中，某金属的极限频率相应的波长为0，该金属的逸出功为_.若用波长为(0)的单色光做该实验，则其遏止电压为_.已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.,答案,解析,1,2,3,4,解析 由光电效应方程知，光电子的最大动能EkmhW，其中金属的逸出功Wh0，,1,2,3,4,
