高中物理 第十七章 2 光的粒子性課件 新人教版選修35

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1、2光的粒子性知識(shí)點(diǎn) 1 光電效應(yīng)如圖 1721 所示，用弧光燈照射鋅板，與鋅板相連的驗(yàn)電器就帶正電，即鋅板也帶正電這說(shuō)明鋅板在光的照射下發(fā)射出了_電子圖 1721(1)定義：在光的照射下物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來(lái)的電子叫做_光電子【特別提醒】定義中的光包括不可見(jiàn)光，使鋅板發(fā)射出電子的光是弧光燈發(fā)出的紫外線.轉(zhuǎn)成為知識(shí)點(diǎn) 2 光電效應(yīng)解釋中的疑難1逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功，用字母_表示，_2經(jīng)典電磁理論無(wú)法解釋的現(xiàn)象：W0(1)光電子初動(dòng)能與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，與光的頻率有關(guān)；(2)光電效應(yīng)產(chǎn)生的時(shí)間極短，電子吸收光的能量是瞬間完成的不同金屬的逸出功

2、不同知識(shí)點(diǎn) 3 康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量1光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，光的_的現(xiàn)象叫做光的散射傳播方向發(fā)生改變2康普頓效應(yīng)在散射射線中，除有與入射波長(zhǎng)相同的射線外，還有波長(zhǎng)比入射射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線人們把這種波長(zhǎng)變化的現(xiàn)象叫做康普頓效應(yīng)3康普頓效應(yīng)的解釋假定 X 射線光子與電子發(fā)生完全彈性碰撞，這種碰撞跟臺(tái)球比賽中的兩球碰撞很相似按照愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)，一個(gè) X射線光子不僅具有能量 Eh，而且還有動(dòng)量如圖 1722所示這個(gè)光子與靜止的電子發(fā)生彈性斜碰，光子把部分能量轉(zhuǎn)移給了電子，能量由h減小為h，因此頻率減小，波長(zhǎng)增大同時(shí)，光子還使電子獲得一定的動(dòng)量這樣就圓滿地解釋了康普頓效應(yīng)圖 1722

3、知識(shí)點(diǎn) 4 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖 1723所示)陰極 K 和陽(yáng)極 A 是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極，K 在受到光照時(shí)能夠發(fā)射光電子電源加在 K 與 A 之間的電壓大小可以調(diào)整，正負(fù)極也可以對(duì)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：圖 1723(1)存在著飽和電流在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓增大，光電流趨于一個(gè)飽和值即在一定的光照條件下，單位時(shí)間內(nèi)陰極 K 發(fā)射的光電子的數(shù)目是一定的，電壓增加到一定值時(shí)，所有光電子都被陽(yáng)極 A 吸收，這時(shí)再增大電壓，電流也不會(huì)增大實(shí)驗(yàn)表明，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多(2)存在著遏止電壓和截止頻率使光電流減小到零的反向電壓 Uc 稱為遏止

4、電壓遏止電壓的一定頻率的光，無(wú)論光強(qiáng)如何，遏止電壓都是一樣的入射光的頻率減小到某一數(shù)值c時(shí)，不發(fā)生光電效應(yīng)c 稱為截止頻率或極限頻率當(dāng)入射光的頻率小于截止頻率時(shí)，不論光多么強(qiáng)，光電效應(yīng)都不會(huì)發(fā)生實(shí)驗(yàn)表明：光電子的能量與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)；當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)；不同金屬的截止頻率不同(3)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性當(dāng)入射光頻率超過(guò)截止頻率時(shí)，無(wú)論入射光怎樣微弱，光照到金屬時(shí)，都會(huì)立即產(chǎn)生光電流，產(chǎn)生電流的時(shí)間不超過(guò) 10-9s.【例題】(雙選)如圖 1724 所示為一真空光電管的應(yīng)用電路，其陰極金屬材料的極限頻率為 4.51014Hz，則以下判斷正確的是()圖

5、 1724A發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流的飽和值取決于入射光的頻率B發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流的飽和值取決于入射光的強(qiáng)度C用0.5 m 的光照射光電管時(shí)，電路中有光電流產(chǎn)生D光照射時(shí)間越長(zhǎng)，電路中的電流越大解析：在光電管中若發(fā)生了光電效應(yīng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射光電子的數(shù)目只與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，光電流的飽和值只與單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射光電子的數(shù)目有關(guān)據(jù)此可判斷 A、D 錯(cuò)誤波長(zhǎng)1014Hz，可發(fā)生光電效應(yīng)，所以選項(xiàng) B、C 正確答案：BC1.(雙選，2011 年汕頭二模)如圖 1725 所示，用導(dǎo)線把驗(yàn)電器與鋅板相連接，當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)生的現(xiàn)象是()圖 1725A有光子從鋅板逸出B有電子從鋅板逸出C

6、驗(yàn)電器指針張開(kāi)一個(gè)角度D鋅板帶負(fù)電答案：BC知識(shí)點(diǎn) 5 愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程1光子說(shuō)圖 17264光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋(1)飽和光電流與光強(qiáng)關(guān)系光越強(qiáng)，包含的光子數(shù)越多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子越多，因而飽和光電流越大，所以，入射光頻率一定時(shí)，飽和光電流與光強(qiáng)成正比(2)存在截止頻率和遏止電壓愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程表明光電子的初動(dòng)能與入射光頻率呈線性關(guān)系，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，所以遏止電壓由入射光頻率決定，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)光電效應(yīng)方程同時(shí)表明，只有 hW0時(shí)，才有光(3)效應(yīng)具有瞬時(shí)性電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，所以光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的【例題】如圖 1727 所示，一光電管的陰極

7、用極限波長(zhǎng)05 000 的鈉制成，光電管陽(yáng)極 A 和陰極 K 之間的電勢(shì)差U2.1 V，用波長(zhǎng)3 000的紫外線照射陰極，飽和光電流的值(當(dāng)陰極 K 發(fā)射的電子全部到達(dá)陽(yáng)極 A 時(shí)，電路中的電流達(dá)到最大值，稱為飽和光電流)Im0.56 A.求：圖 1727(1)每秒內(nèi)由 K 極發(fā)射的光電子數(shù)目；(2)電子到達(dá) A 極時(shí)的最大動(dòng)能；(3)如果電勢(shì)差 U 不變，而照射光的強(qiáng)度增到原值的三倍，此時(shí)電子到達(dá) A 極的最大動(dòng)能是多大？ ( 普朗克常量 h (3)根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，如果電壓 U 不變，則電子到達(dá) A 極的最大動(dòng)能不會(huì)變，答案：見(jiàn)解析2(2011 年陽(yáng)春

8、質(zhì)檢)如圖 1728 所示是做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)圖在抽成真空的玻璃管內(nèi)，K 為陰極(用金屬銫制成，發(fā)生光電效應(yīng)的逸出功為 1.9 eV)，A 為陽(yáng)極在 a、b 間不接任何電源，用頻率為(高于銫的極限頻率)的單色光照射陰極 K，會(huì)發(fā)現(xiàn)電流表指針有偏轉(zhuǎn)這時(shí)，若在 a、b 間接入直流電源，a 接正極，b 接負(fù)極，并使 a、b 間電壓從零開(kāi)始逐漸增大，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)增大到 2.1 V 時(shí)，電流表的示數(shù)剛好減小到零求：(1)a、b 間未接直流電源時(shí)，通過(guò)電流表的電流方向；(2)從陰極 K 發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能 Ek是多少焦？(3)入射單色光的頻率是多少？圖 1728題型 1光電效應(yīng)【例題】入射

9、光照射到某金屬表面上發(fā)生了光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，則下列說(shuō)法中正確的是()A從光照射到金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加B逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小C單位時(shí)間從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少D有可能不發(fā)生光電效應(yīng)解析：入射光的強(qiáng)度取決于入射光子數(shù)和入射光的頻率，入射光的頻率保持不變，強(qiáng)度減弱，單位時(shí)間入射光子數(shù)將減少，但光子的能量不變，可見(jiàn)仍能發(fā)生光電效應(yīng)，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的產(chǎn)生幾乎都是瞬時(shí)的，與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故A、D 錯(cuò)誤；根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，逸出光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，跟入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，所以 B 也是錯(cuò)誤的；由于逸出電子

10、與入射光子的一對(duì)一的關(guān)系，當(dāng)光的強(qiáng)度減弱時(shí)，單位時(shí)間入射光子數(shù)減少，因此單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)也將減少答案：C規(guī)律總結(jié)：對(duì)光的強(qiáng)度和光子能量的關(guān)系不理解，對(duì)用光子說(shuō)解釋光電效應(yīng)的物理模型不明確是解答該類習(xí)題出現(xiàn)錯(cuò)誤的主要原因牢記光電效應(yīng)中的兩條規(guī)律，理解光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋，利用一對(duì)一的關(guān)系理解光電效應(yīng)方程是解決此類問(wèn)題的前提條件答案：B題型 2Ek圖象【例題】在圖 1729 所示的裝置中，K 為一個(gè)金屬板，A 為一個(gè)金屬電極，都密封在真空玻璃管中，單色光可通過(guò)玻璃殼照在 K上，E 為可調(diào)直流電源實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用某種頻率的單色光照射 K 時(shí)，K 會(huì)發(fā)出電子(光電效應(yīng))，這時(shí)，即使 A、K 間

11、的電壓等于零，回路中也有電流，當(dāng) A 的電勢(shì)低于 K 時(shí)，電流仍不為零A 的電勢(shì)比 K低得越多，電流越小，當(dāng) A 比 K 的電勢(shì)低到某一值 Uc(遏止電壓)時(shí)，電流消失當(dāng)改變照射光的頻率時(shí)，遏止電壓 Uc也將隨之改變?nèi)绻炒螌?shí)驗(yàn)我們測(cè)出的一系列數(shù)據(jù)如圖 17210 所示，若知道電子的電荷量 e，則根據(jù)圖象求出該金屬的極限頻率和逸出功 W0以及普朗克常量 h.圖 1729圖 17210解析：由圖 17210 知，數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)幾乎落在一條直線上，直線與軸的交點(diǎn)0即為該金屬的極限頻率因此當(dāng)照射光的頻率為0時(shí)，遏止電壓 Uc0，說(shuō)明在此頻率下，金屬板剛好發(fā)生光電效應(yīng)設(shè)光電子的最大初動(dòng)能為 Ek，根據(jù)光

12、電效應(yīng)方程有 hW0Ek 【規(guī)律總結(jié)】由愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程EkhW0，又因?yàn)閷?duì)某種金屬而言，逸出功和極限頻率是確定的，故 Ek 和呈線性關(guān)系，如圖 17211 所示(1)橫軸上的截距的物理含義是光電管陰極材料的極限頻率；不同的金屬一般不同(2)縱軸上的截距的物理含義是光電管陰極材料的逸出功的負(fù)值；不同金屬的極限頻率不同，對(duì)應(yīng)的金屬的逸出功也不同(3)斜率的物理含義是普朗克常量對(duì)所有的金屬而言，在同一坐標(biāo)系中的圖線都是相互平行的圖 172112已知金屬甲發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能跟入射光的頻率關(guān)系如圖 17212 中直線 1 所示現(xiàn)用某單色光照射金屬甲的表面，產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能為 E1，若用同樣的單色光照射金屬乙表面，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能 E2，如圖所示則金屬乙發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能跟入射光的頻率關(guān)系圖線應(yīng)是()圖 17212AaCcBbD上述三條圖線都有可能解析：根據(jù)光電效方程：EkhW0，圖象中直線的斜率都是普朗克常量，所以兩條直線應(yīng)平行答案：A