1、2.2 涅槃凤凰再飞翔学 习 目 标知 识 脉 络1.知道光电效应中极限频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾2知道光子说及其对光电效应的解释(重点 )3掌握爱因斯坦光电效应方程并会用它来解决简单问题 (难点 )4知道康普顿效应， 知道康普顿效应进一步证实了光子的粒子性 .光电效应先填空 1光电效应定义在光的照射下物体发射电子的现象2光电子光电效应中发射出来的电子3光电效应的实验规律(1)各种金属都存在极限频率，每一种金属对应一种光的最小频率，称极限频率只有当入射光的频率高于这个极限频率时，才会产生光电效应 如果入射光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(2)光电
2、子的最大初动能随着入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无第 1页关(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越多(4)入射光射到金属表面时，光电子的产生几乎是瞬时的，不超过110 9 s.再判断 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在发生光电效应的条件下， 入射光强度越大， 光电流越大 ()后思考 1发生光电效应一定要用不可见光吗？【提示】不一定发生光电效应的照射光，可以是可见光，也可以是不可见光，只要入射光的频率大于极限频率就可以了2在光电效应中，只要光强
3、足够大，就能发生光电效应吗？【提示】不能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核心点击 1光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量， 光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果2光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收， 电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动， 需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量， 剩余部分为光电子的初动能； 只有金属表面的电子直接向外飞出时， 只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能 光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能3光子的能量与入射光
4、的强度光子的能量即每个光子的能量，其值为Eh(为光子的频率 )，其大小由光的频率决定入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能第 2页量，入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积4光电流和饱和光电流金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流， 随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值， 这个饱和值是饱和光电流， 在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关5光的强度与饱和光电流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1(多选 )如图
5、 2-2-1 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()图 2-2-1A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，验电器指针会发生偏转C锌板带的是负电荷D锌板带的是正电荷【解析】 将擦得很亮的锌板与验电器连接，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，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项 A 、D 正确红光不能使锌板发生光电效应【答案】 AD2(多选 )对光电效应的理解正确的是()A金属钠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，
6、就能逸出金属B在光电效应中，一个电子只能吸收一个光子C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D发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动第 3页能就越大【解析】按照爱因斯坦的光子说， 光子的能量由光的频率决定， 与光强无关，入射光的频率越大， 发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，电子必须具有足够的动能， 而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子， 所以光子的能量小于某一数值时便不能产生光电效应现象；电子从金属逸出时只有从金属表面向外逸出的电
7、子克服原子核的引力所做的功最小综上所述，选项 B、C 正确【答案】 BC3利用光电管研究光电效应实验如图2-2-2 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()图 2-2-2A用紫外线照射，电流表一定有电流通过B用红光照射，电流表一定无电流通过C用红外线照射，电流表一定有电流通过D用频率为 的可见光照射 K ，当滑动变阻器的滑动触头移到A 端时，电流表中一定无电流通过【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 正确因不知阴极K 的极限频率，所以用红光照射时，也可能发生光电效应，所以选项B 错误， C 错误即使 UAK 0，电流
8、表中也可能有电流通过，所以选项D 错误【答案】 A关于光电效应的两点提醒(1)发生光电效应时需满足：照射光的频率大于金属的极限频率，即c，或光子的能量 E W0.(2)光电子的最大初动能只与照射光的频率及金属的逸出功有关，而与照射第 4页光的强弱无关，强度大小决定了逸出光电子的数目多少爱 因 斯 坦 的 光 子 说先填空 1光子说光在空间传播时不是连续的， 而是一份一份的， 一份叫做一个光量子， 简称光子，光子的能量 E 跟光的频率 成正比，即 Eh.2光电效应方程(1)表达式： h W Ekm .(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量一部分用于克服金属的束缚，剩下的表
9、现为逸出后电子的动能再判断 1“光子”就是“光电子”的简称()2不同的金属逸出功不同， 因此金属对应的极限频率也不同( )3入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多 ( )后思考 1不同频率的光照射到同一金属表面发生光电效应时，光电子的初动能是否相同？【提示】由于同一金属的逸出功相同，而不同频率的光的光子能量不同，由光电效应方程可知， 发生光电效应时， 逸出的光电子的初动能是不同的2光电子的最大初动能与入射光的频率成正比吗？【提示】不成正比光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系核心点击 1光电效应方程 h WEkm 的理解(1)式中的 Ekm
10、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 0Ekm 范围内的任何数值第 5页(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程：能量为 Eh的光子被电子所吸收， 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 如果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：Ekm hW.(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Ekm hW0，WW亦即 hW， h c，而 c h 恰好是光电效应的极限频率(4)Ekm-曲线：如图 2-2-3 所示是光电
11、子最大初动能Ekm 随入射光频率 的变化曲线这里，横轴上的截距是极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量图 2-2-32光电效应规律中的两个关系(1)光强大光子数目多发射光电子多光电流大(2)光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大4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 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 2h0C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12【解析】 根据极限频率跟逸出功的
12、关系：Wh0，光电效应方程 2mvmh W，判断 A 正确【答案】 A5(多选 )以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识， 用强激光照射金属， 由于其光子密度极大， 一个电子在极短时间第 6页内吸收多个光子成 可能， 从而形成多光子光 效 ， 已被 光 效 装置示意如 2-2-4 所示用 率 的普通光源照射阴极 K ，没有 生光 效 用同 率 的 激光照射阴极 K ， 生了光 效 ；此 ，若加上反向 U，即将阴极 K 接 源正极，阳极 A 接 源 极，在 K 、 A 之 就形成了使光 子减速的 逐
13、 增大 U，光 流会逐 减小；当光 流恰好减小到零 ， 所加反向 U 可能是 (其中 W 逸出功，h 普朗克常量， e 子 荷量 )( )图 2-2-4AUheWBU2h Weee3h WCU2h WDU e e【解析】由 意知，一个 子吸收一个光子不能 生光 效 ， 用同 率 的 激光照射， 生光 效 ， 即吸收的光子能量 nh，n2,3,4，.12 由光 效 方程可知：nh W 2mv (n2,3,4， )12在减速 中由 能定理得eU 0 2mv nh W 立 得：U e e (n2,3,4，)， B、D 正确【答案】 BD光 效 的两个决定关系(1)逸出功 W0 一定 ，入射光的 率决
14、定着能否 生光 效 以及光 子的最大初 能(2)入射光的 率一定 ，入射光的 度决定着 位 内 射出来的光 子数光子 的又一 明康普 效 先填空 第 7页1光子的动量 ：ph，其中 h 为普朗克常量， 为光的波长2光的散射 ：光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变的现象3康普顿效应 ： X 射线通过金属、石墨等物质的散射后，在散射线中，除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，叫做康普顿效应再判断 1光子的动量与波长成反比()2光子发生散射时， 其动量大小发生变化， 但光子的频率不发生变化 ()3光子发生散射后，其波长变大()后思考
15、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？【提示】在地球上存在着大气， 太阳光经微粒散射后传向各个方向，而在太空中的真空环境下光不能散射只向前传播核心点击 1如图 2-2-5，X 射线的光子与静止的电子发生弹性碰撞，光子把部分能量转移给了电子，能量由h减小为 h，因此频率减小，波长增大同时，电子获得一定的动量，进一步说明了光的粒子性图 2-2-52康普顿效应进一步证明了爱因斯坦光子说的正确性6科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子 假设光子与电
16、子碰撞前的波长为，碰撞后的波长为，则碰撞过程中 ()A能量不守恒B动量守恒C第 8页D【解析】能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界光子与电子碰撞时遵循这两个守恒规律光子与电子碰撞前光子的c能量 Ehh ，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的c能量 E h h，由 EE ，可知 ，选项 B 正确【答案】 B7若一个光子的能量等于一个电子的静止能量，已知静止电子的能量为0 2，其中 m0 为电子质量， c 为光速，试问该光子的动量和波长是多少？(电子m c的质量取 9.111031kg，普朗克常量 34h6.6310J s)【解析】 一个电子静止能量为m0c2，按题意 h m0c2h E m0c2光子的动量 p c m0c c 9.11 1031kg3108 m/s 2.731022kgm/s，h 6.631034Js光子的波长 p 2.731022kgm/s 2.41012m.【答案】 2.73 10 22kgm/s2.41012m康普顿实验的意义(1)动量守恒定律不但适用于宏观物体，也适用于微观粒子间的作用；第 9页
