【金牌学案】年高中物理 第十七章 2 光的粒子性课件 新人教选修35

2光的粒子性

知识点1光电效应

如图17－2－1所示，用弧光灯照射锌板，与锌板相连的验电器就带正电，即锌板也带正电．这说明锌板在光的照射下发射出了______．电子图17－2－1(1)定义：在光的照射下物体发射出电子的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做________．光电子

【特别提醒】定义中的光包括不可见光，使锌板发射出电子的光是弧光灯发出的紫外线.转成为

知识点2光电效应解释中的疑难

1．逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功，用字母_____表示，____________________．2．经典电磁理论无法解释的现象：W0(1)光电子初动能与光强无关，与光的频率有关；(2)光电效应产生的时间极短，电子吸收光的能量是瞬间完成的．不同金属的逸出功不同知识点3康普顿效应和光子的动量1．光的散射光在介质中与物质微粒相互作用，光的________________的现象叫做光的散射．传播方向发生改变

2．康普顿效应 在散射射线中，除有与入射波长相同的射线外，还有波长比入射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．3．康普顿效应的解释

假定X射线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．按照爱因斯坦的光子说，一个X射线光子不仅具有能量E＝hν，而且还有动量．如图17－2－2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hν减小为hν′，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．这样就圆满地解释了康普顿效应．图17－2－2知识点4光电效应的实验规律

研究光电效应的实验装置(如图17－2－3所示)阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K在受到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．实验结果表明：图17－2－3(1)存在着饱和电流．

在光照条件不变的情况下，随着所加电压增大，光电流趋于一个饱和值．即在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的，电压增加到一定值时，所有光电子都被阳极A吸收，这时再增大电压，电流也不会增大．实验表明，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．

(2)存在着遏止电压和截止频率．①使光电流减小到零的反向电压Uc称为遏止电压．遏止电压的一定频率的光，无论光强如何，遏止电压都是一样的．

②入射光的频率减小到某一数值νc时，不发生光电效应．νc

称为截止频率或极限频率．当入射光的频率小于截止频率时，不论光多么强，光电效应都不会发生．

实验表明：光电子的能量与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关；当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应；不同金属的截止频率不同．(3)光电效应具有瞬时性．

当入射光频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，光照到金属时，都会立即产生光电流，产生电流的时间不超过10-9s.【例题】(双选)如图17－2－4所示为一一真空光光电管的的应用电路，其其阴极金金属材料料的极限限频率为为4.5××1014Hz，则以下下判断正确的是是()图17－2－4A．发生光光电效应应时，电电路中光光电流的的饱和值值取决于于入射光的频率率B．发生光光电效应应时，电电路中光光电流的的饱和值值取决于于入射光的强度度C．用λ＝0.5μμm的光照射射光电管时，，电路中中有光电电流产生生D．光照射射时间越越长，电电路中的的电流越越大解析：在光电管管中若发发生了光光电效应应，单位位时间内内发射光光电子的数数目只与与入射光光的强度度有关，，光电流流的饱和和值只与与单位时间内发发射光电电子的数数目有关关．据此此可判断断A、D错误．波波长1014Hz，可发生生光电效效应，所所以选项项B、C正确．答案：BC1.(双选，2011年汕头二二模)如图17－2－5所示，用用导线把验电器器与锌板板相连接接，当用用紫外线线照射锌板板时，发发生的现现象是()图17－2－5A．有光子子从锌板板逸出B．有电子子从锌板板逸出C．验电器器指针张张开一个个角度D．锌板带带负电答案：BC知识点51．光子说说图17－2－64．光子说说对光电电效应的的解释(1)饱和光电电流与光光强关系系光越强，，包含的的光子数数越多，，照射金金属时产产生的光光电子越越多，因而而饱和光光电流越越大，所所以，入入射光频频率一定定时，饱饱和光电流与光光强成正正比．(2)存在截止止频率和和遏止电电压爱因斯坦坦的光电电效应方方程表明明光电子子的初动动能与入入射光频频率呈线性性关系，，与光强强无关，，所以遏遏止电压与光强无关．光电效应方程同时表明，只有hν>W0时，才有光(3)效应具有有瞬时性性电子一次次性吸收收光子的的全部能能量，不不需要积积累能量量的时间间，所以光电电效应几几乎是瞬瞬时发生生的．【例题】如图17－2－7所示，，一光光电管管的阴阴极用用极限波长长λ0＝5000ÅÅ的钠制制成，，光电电管阳阳极A和阴极极K之间的的电势势差U＝2.1V，用波波长λ＝3000Å的紫外外线照照射阴阴极，，饱和和光电电流的的值(当阴极极K发射的的电子子全部部到达达阳极极A时，电电路中中的电电流达达到最大值，，称为饱和和光电流)Im＝0.56μμA.求：图17－2－7(1)每秒内由K极发射的光光电子数目；(2)电子到达A极时的最大大动能；(3)如果电势差差U不变，而照照射光的强强度增到原原值的三倍倍，此时电子到到达A极的最大动动能是多大大？(普朗克常量量h＝(3)根据光电效效应规律，，光电子的的最大初动动能与入射射光的强度无关，如如果电压U不变，则电电子到达A极的最大动动能不会变变，答案：见解析2．(2011年阳春质检检)如图17－2－8所示是做光光电效应实实验装置的简简图．在抽抽成真空的玻璃璃管内，K为阴极(用金属铯制制成，发生光光电效应的的逸出功为为1.9eV)，A为阳极．在在a、b间不接任何电电源，用频频率为ν(高于铯的极极限频率)的单色光照照射阴极K，会发现电电流表指针针有偏转．．这时，若若在a、b间接入直流流电源，a接正极，b接负极，并并使a、b间电压从零零开始逐渐渐增大，发现当当电压表的的示数增大大到2.1V时，电流表表的示数刚刚好减小到零零．求：：(1)a、b间未接直直流电源时，，通过电电流表的的电流方方向；(2)从阴极K发出的光光电子的的最大初初动能Ek是多少焦焦？(3)入射单色色光的频频率是多多少？图17－2－8题型1光电效应应【例题】入射光照照射到某某金属表表面上发发生了光光电效应应，若入射光的的强度减减弱，而而频率保保持不变变，则下下列说法法中正确确的是()A．从光照照射到金金属表面面上到发发射出光光电子之之间的时时间间隔将明显显增加B．逸出的的光电子子的最大大初动能能将减小小C．单位时时间从金金属表面面逸出的的光电子子数目将将减少D．有可能能不发生生光电效效应解析：入射光的的强度取取决于入入射光子子数和入入射光的的频率，，入射光的的频率保保持不变变，强度度减弱，，单位时时间入射射光子数数将减少，但光光子的能能量不变变，可见见仍能发发生光电电效应，，发生光光电效应时，光光电子的的产生几几乎都是是瞬时的的，与入入射光强强度无关关，故A、D错误；根根据爱因因斯坦光光电效应应方程，，逸出光光电子的的最大初动能与与入射光光的频率率有关，，跟入射射光的强强度无关关，所以以B也是错误的的；由于于逸出电电子与入入射光子子的一对对一的关关系，当当光的强度减弱弱时，单单位时间间入射光光子数减减少，因因此单位位时间内内逸出的光电子数也也将减少．答案：C规律总结：对光的强度和和光子能量的的关系不理解解，对用光子说解释光电电效应的物理理模型不明确确是解答该类类习题出现错错误的主要原因．．牢记光电效效应中的两条条规律，理解解光子说对光光电效应的解释，，利用一对一一的关系理解解光电效应方方程是解决此此类问题的前提条条件．答案：B题型2Ek－ν图象【例题】在图17－2－9所示的装置中中，K为一个金属板板，A为一个金属电极极，都密封在在真空玻璃管管中，单色光光可通过玻璃璃壳照在K上，E为可调直流电电源．实验发发现，当用某某种频率的单单色光照射K时，K会发出电子(光电效应)，这时，即使使A、K间的电压等于于零，回路中也有电流，，当A的电势低于K时，电流仍不不为零．A的电势比K低得越多，电电流越小，当当A比K的电势低到某某一值Uc(遏止电压)时，电流消失．当当改变照射光光的频率ν时，遏止电压压Uc也将随之改变变．如果某次实验我我们测出的一一系列数据如如图17－2－10所示，若知道道电子的电荷量e，则根据图象象求出该金属属的极限频率率和逸出功W0以及普朗克常量h.图17－2－9图17－2－10解析：由图17－2－10知，数据对应应的点几乎落落在一条直线上，直线与与ν轴的交点ν0即为该金属的的极限频率．．因此当照射射光的频率为ν0时，遏止电压压Uc＝0，说明在此频频率下，金属属板刚好发生光电电效应．设光光电子的最大大初动能为Ek，根据光电效效应方程有hν＝W0＋Ek【规律总结】由爱因斯坦的的光电效应方方程Ek＝hν－W0，又因为对某种金属而言言，逸出功和和极限频率是是确定的，故故Ek和ν呈线性关系，，如图17－2－11所示．(1)横轴上的截距距的物理含义义是光电管阴阴极材料的极限频率；不不同的金属一一般不同．(2)纵轴上的截距的物理理含义是光电电管阴极材料料的逸出功的负值；不不同金属的极极限频率率不同同，对对应的的金属的的逸出出功也也不同同．(3)斜率的的物理理含义义是普普朗克常常量．．对所所有的的金属属而言言，在在同一一坐标标系中的图图线都都是相相互平平行的的．图17－2－112．已知金金属甲甲发生生光电电效应应时产产生光光电子子的最最大初初动能能跟入射光光的频频率关关系如如图17－2－12中直线线1所示．．现用用某单单色光照射射金属属甲的的表面面，产产生光光电子子的最最大初初