高中物理第2章波和粒子2.2涅槃凤凰再飞翔课件沪科版选修3_5.ppt

第2章 2 2涅槃凤凰再飞翔 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 题型探究 达标检测 知识探究 一 光电效应及其实验规律 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 验电器指针偏角张开 图1 锌板带电了 弧光灯发出的紫外线照射到锌板上 在锌板表面发射出光电子 从而使锌板带上了正电 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 指针偏角明显减小 锌板产生光电效应是光中紫外线照射的结 果而不是可见光 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 观察不到指针的偏转 可见光不能使锌板发生光电效应 答案 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 的增加而增加 与入射光的强度 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 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 光电子 高于这个极限 入射光频率 无关 频率 入射光的 强度 瞬时 1 10 9s 判断下列说法的正误 1 光电效应中 光 指的是可见光 2 能否发生光电效应 取决于光的强度 3 光电子不是光子 二 爱因斯坦的光子说 用如图2所示的装置研究光电效应现象 所用光子能量为2 75eV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 移动滑动变阻器 答案 答案1 7eV1 7V 图2 的滑动触头 发现当电压表的示数大于或等于1 7V时 电流表示数为0 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W0 h Ekm 2 75eV 1 7eV 1 05eV 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 光电子最大初动能如何变化 遏止电压呢 答案变大变大 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 不连续 一份一份 h 最小 电子 不同 最大 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U 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 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 最小 h Ekm W Ekm h W 最大动能 逸出功W h 如图3所示是光电子最大动能Ekm随入射光频率 的变化曲线 这里 横轴上的截距是 纵轴上的截距是 斜率为 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Ekm h W 0 亦即h 0 而 0 恰好是光电效应的截止频率 6 Ekm 曲线 W 逸出功的负值 极限频率 普朗克常量 图3 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 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 三 康普顿效应 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 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 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 有些光子发生散射后 其波长变大 题型探究 1 光电效应的实质 光现象转化为 电现象 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 产生的光电子数与入射光的频率无关 与入射光的强度有关 一 光电效应现象及其实验规律 转化为 6 光电效应与光的电磁理论的矛盾按光的电磁理论 应有 1 光越强 光电子的初动能越大 遏止电压与光的强弱有关 2 不存在极限频率 任何频率的光都能产生光电效应 3 在光很弱时 放出电子的时间应远大于10 9s 1 现用一带负电的金属小球与锌板接触 则验电器指针偏角将 填 增大 减小 或 不变 例1一验电器与锌板相连 如图4所示 用一紫外线灯照射锌板 关灯后 验电器指针保持一定偏角 图4 解析 答案 减小 解析当用紫外线灯照射锌板时 锌板发生光电效应 锌板放出光电子而带上正电 此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电 故指针发生了偏转 当带负电的金属小球与锌板接触后 中和了一部分正电荷 从而使验电器的指针偏角减小 2 使验电器指针回到零 再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板 验电器指针无偏转 那么 若改用强度更大的红外线灯照射锌板 可观察到验电器指针 填 有 或 无 偏转 解析 答案 无 解析使验电器指针回到零 用钠灯发出的黄光照射锌板 验电器指针无偏转 说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率 而红外线比黄光的频率还要低 更不可能使锌板发生光电效应 能否发生光电效应与入射光的强弱无关 例2 多选 用如图5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A a光的频率一定大于b光的频率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 解析 答案 图5 解析单色光b照射光电管阴极K时 电流计G的指针不发生偏转 说明没发生光电效应 故b光的频率较小 故A正确 发生光电效应只由频率决定 与光强无关 故B错误 发生光电效应时 电子从阴极K逸出向阳极A运动 电流方向应由c到d 故C错误 增加a光的强度 单位时间入射的光子数增加 因此单位时间逸出的光电子数增加 故D正确 针对训练 多选 如图6所示 电路中所有元件完好 光照射到光电管上 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 光照时间太短D 电源正 负极接反 解析 答案 图6 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 光电效应方程实质上是能量守恒方程 1 能量为 h 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 2 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 h W 二 光电效应方程的理解与应用 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 光强 光子数目多 发射光电子多 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 例3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 解析 答案 解析由光电效应方程知 光电子的最大动能Ekm h W 其中金属的逸出功W h 0 又由c 知W 用波长为 的单色光照射时 其又因为eU Ekm 所以遏止电压 例4 多选 一单色光照到某金属表面时 有光电子从金属表面逸出 下列说法中正确的是A 只增大入射光的频率 金属逸出功将减小B 只延长入射光照射时间 光电子的最大动能将不变C 只增大入射光的频率 光电子的最大动能将增大D 只增大入射光的频率 光电子逸出所经历的时间将缩短 解析 答案 解析金属的逸出功由金属本身的构成决定 与入射光的频率无关 选项A错误 根据爱因斯坦光电效应方程Ekm h W可知 当金属的极限频率确定时 光电子的最大动能取决于入射光的频率 与光照强度 照射时间 光子数目无关 选项B C正确 光电效应的产生是瞬时的 与入射光的频率无关 D错误 1 逸出功W对应着某一极限频率 0 即W h 0 只有入射光的频率 0时才有光电子逸出 即才能发生光电效应 2 对于某一金属 0一定 入射光的频率决定着能否产生光电效应及光电子的最大动能 而与入射光的强度无关 3 逸出功和极限频率均由金属本身决定 与其他因素无关 达标检测 1 多选 如图7所示 用弧光灯照射擦得很亮的锌板 验电器指针张开一个角度 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 使验电器指针发生偏转的是正电荷 1 2 3 图7 解析 答案 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 1 2 3 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 利用光电管研究光电效应实验如图8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 1 2 解析 答案 3 图8 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的极限频率 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UAK 0 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 当所有光电子都到达阳极A时 电流达到最大 即