高中物理 第十七章 波粒二象性 2 光的粒子性課件 新人教版選修35

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1、2光的粒子性學(xué) 基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué) 1光電效應(yīng)：照射到金屬表面的光，能使金屬中的_從表面逸出的現(xiàn)象 2光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)的_一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律電子電子電子電子 3光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 (1)存在著_光電流：在光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，_越大這表明對(duì)于一定顏色的光，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)_飽和飽和飽和電流飽和電流越多越多(2)存在著遏止電壓和存在著遏止電壓和_頻率頻率：光電子的：光電子的_與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱_，當(dāng)入射光，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)的頻率低于截止頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)

2、截止截止最大初動(dòng)能最大初動(dòng)能無(wú)關(guān)無(wú)關(guān) (3)光電效應(yīng)具有_：光電效應(yīng)幾乎是_發(fā)生的，從光照射到產(chǎn)生光電流的時(shí)間不超過(guò)_ 4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瞬時(shí)性瞬時(shí)性瞬時(shí)瞬時(shí)109 s 按照光的電磁理論，無(wú)法解釋光電效應(yīng)中： 1遏止電壓與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)； 2每種金屬都存在不同的截止頻率； 3光電子逸出的時(shí)間109 s等實(shí)驗(yàn)規(guī)律二、光電效應(yīng)解釋中的疑難二、光電效應(yīng)解釋中的疑難 1光子 愛(ài)因斯坦于1905年提出，在空間傳播的光不是_的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光量子，簡(jiǎn)稱_，光子的能量Eh 2光電效應(yīng)方程 (1)表達(dá)式：_EkW0或Ek_W0 (2)物理意義：金屬中

3、電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是h，這些能量一部分用于克服金屬的_，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能Ek三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程連續(xù)連續(xù)光子光子hh逸出功逸出功W 1光的散射：光在介質(zhì)中與物體微粒的相互作用，使光的傳播方向_的現(xiàn)象 2康普頓效應(yīng)：在光的散射中，除了與入射波長(zhǎng)相同的成分外，還有波長(zhǎng)_的成分 3康普頓效應(yīng)的意義：康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外，還具有動(dòng)量，深入揭示了光的_性的一面四、康普頓效應(yīng)四、康普頓效應(yīng)發(fā)生改變發(fā)生改變更長(zhǎng)更長(zhǎng)粒子粒子 1表達(dá)式：_ 2說(shuō)明：在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，要把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，因此有些光子散射后波長(zhǎng)

4、變長(zhǎng)五、光子的動(dòng)量五、光子的動(dòng)量ph/講 要點(diǎn)例析 光電效應(yīng)中幾個(gè)易混淆的概念光電效應(yīng)中幾個(gè)易混淆的概念 1光子與光電子 光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量，光子不帶電，光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來(lái)的電子，其本質(zhì)是電子，光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果 2光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能 光照射到金屬表面時(shí)，光子的能量全部被電子吸收，電子吸收光子的能量，可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動(dòng)能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí)，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初動(dòng)能光電子的初動(dòng)能小于等于光電子的最大初動(dòng)能 3光子的能量與入射光的強(qiáng)度 光

5、子的能量即每個(gè)光子的能量，其值為Eh(為光子的頻率)，其大小由光的頻率決定入射光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量；入射光的強(qiáng)度等于單位時(shí)間內(nèi)光子能量與入射光子數(shù)的乘積 4光電流和飽和光電流 金屬板飛出的光電子到達(dá)陽(yáng)極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個(gè)飽和值，這個(gè)飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無(wú)關(guān)入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，那么() A從光照射金屬表面到發(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)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少 D有

6、可能不發(fā)生光電效應(yīng) 解析：根據(jù)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律知，從光照射金屬表面到光電子發(fā)射的時(shí)間間隔極短，這與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)規(guī)律還指出，逸出光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率有關(guān)，光電流與入射光強(qiáng)度成正比，由此可知，B、D錯(cuò)誤，C正確 答案：C 11關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律，下列說(shuō)法中正確的是() A當(dāng)某種色光照射金屬表面時(shí)，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則入射光的頻率越高，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能越大 B當(dāng)某種色光照射金屬表面時(shí)，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則入射光的強(qiáng)度越大，產(chǎn)生的光電子數(shù)越多 C同一頻率的光照射不同的金屬，如果都能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則逸出功大的金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能也越大 D對(duì)某種金屬，入射光波長(zhǎng)必須小

7、于某一極限波長(zhǎng)，才能有光電子逸出 答案：ABD 光電效應(yīng)方程的理解及其應(yīng)用光電效應(yīng)方程的理解及其應(yīng)用 2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)成正比如圖所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)時(shí)，用光子能量為25 eV的一束光照射到陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零合上開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于060 V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于060 V時(shí)，電流表讀數(shù)為零由此可知陰極材料的逸出功為() A19 eVB06 eV C25 eV D31 eV 解析：電流表讀數(shù)為零

8、時(shí)，光電子的初動(dòng)能剛好全部消耗在電場(chǎng)力做功上，則有 EkeU06 eV 又因?yàn)镋khW 所以，WhEk(2506) eV19 eV 答案：A21用不同頻率的紫外線分別照射鎢板和鋅板而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子的最大初動(dòng)能Ek隨入射光的頻率變化的Ek圖，已知鎢元素的逸出功為328 eV，鋅元素的逸出功為 334 eV，若將兩者的圖象分別用實(shí)線與虛線畫(huà)在同一個(gè)Ek，圖上則下列圖中正確的是() 解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程EkhW可知Ek圖象的斜率為普朗克常量h，因此圖中兩線應(yīng)平行，C、D錯(cuò)；圖線與橫軸的交點(diǎn)表示恰能發(fā)生光電效應(yīng)(光電子動(dòng)能為零)時(shí)的入射光頻率即極限頻率由光電效應(yīng)方程可知，逸出功越大的金屬

9、對(duì)應(yīng)的入射光的頻率越高，所以能使金屬鋅發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率較高，所以A對(duì)，B錯(cuò) 答案：A 假定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞，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)光子說(shuō)對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋光子說(shuō)對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量如圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動(dòng)方向，則碰后光子可能沿方向_運(yùn)動(dòng)，并且波長(zhǎng)_(填“不變”、“變短”或“

10、變長(zhǎng)”) 解析：因光子與電子的碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動(dòng)量的方向與光子碰前動(dòng)量的方向一致，可見(jiàn)碰后光子可能沿1方向運(yùn)動(dòng)，不可能沿2或3方向；通過(guò)碰撞，光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，能量減少，由Eh知，頻率變小，再根據(jù)c知，波長(zhǎng)變長(zhǎng) 答案：1變長(zhǎng) 宏觀世界中物體間的相互作用過(guò)程中所遵循的規(guī)律，也適用于微觀粒子的相互作用過(guò)程；康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛(ài)因斯坦光子說(shuō)的正確性31假如一個(gè)光子與一個(gè)靜止的電子碰撞，光子并沒(méi)有被吸收，只是被電子反彈回來(lái)，散射光子的頻率與原來(lái)光子的頻率相比哪個(gè)大？為什么？ 答案：變小因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)變大，由c知，頻率變小 思考與討論教材P33

11、 愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程給出了光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率的關(guān)系但是，很難直接測(cè)量光電子的動(dòng)能，容易測(cè)量的是遏止電壓Uc，怎樣得到Uc到，W0的關(guān)系？ 思考與討論教材P35 白天的天空各處都是亮的；宇航員在大氣層外飛行時(shí)，盡管太陽(yáng)的光線耀眼刺目，但其他方向的天空是黑的，甚至可以看見(jiàn)星星，這是為什么？ 點(diǎn)撥：光在大氣中傳播，光與大氣中的灰塵微粒相互作用，發(fā)生了散射現(xiàn)象，所以我們從側(cè)面能看到這束光，白天的天空各處都是亮的在大氣層以外的空間無(wú)介質(zhì)，光在真空中傳播不會(huì)發(fā)生散射，只能沿直線傳播，所以會(huì)看到其他方向的天空是黑的，甚至可以看見(jiàn)星星練 隨堂演練 1愛(ài)因斯坦由光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，猜測(cè)光具有

12、粒子性，從而提出光子說(shuō)，從科學(xué)探究的方法來(lái)說(shuō)，這屬于() A等效替代B控制變量 C科學(xué)假說(shuō) D數(shù)學(xué)歸納 解析：愛(ài)因斯坦根據(jù)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，猜測(cè)光具有粒子性，從而提出光子說(shuō)，從科學(xué)探究的方法來(lái)說(shuō)，這屬于科學(xué)假說(shuō) 答案：C 2在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針張開(kāi)一個(gè)角度，如圖所示，這時(shí)() A鋅板帶正電，指針帶負(fù)電 B鋅板帶正電，指針帶正電 C鋅板帶負(fù)電，指針帶正電 D鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電 解析：弧光燈發(fā)出的紫外線照射鋅板，發(fā)生光電效應(yīng)，有電子從鋅板飛出，鋅板由于失去電子而帶正電；驗(yàn)電器與鋅板相連接，也帶正電故B項(xiàng)正確 答案：B

13、3關(guān)于光電效應(yīng)，下列說(shuō)法中正確的是() A光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光的強(qiáng)度增大而增大 B只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，照射時(shí)間足夠長(zhǎng)，就一定能產(chǎn)生光電效應(yīng) C在光電效應(yīng)中，飽和電流的大小與入射光的頻率無(wú)關(guān) D任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，低于這個(gè)頻率的光不能使它發(fā)生光電效應(yīng) 解析：由光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，選項(xiàng)D正確；由光電效應(yīng)方程可以推出光電子的最大初動(dòng)能應(yīng)隨著入射光頻率的增大而增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；飽和光電流的大小與光強(qiáng)有關(guān)，入射光頻率一定時(shí)，飽和光電流大小與光強(qiáng)成正比，若是光強(qiáng)一定，入射光的頻率越高，則光子數(shù)就少，飽和光電流就小了，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；能否發(fā)生光電效應(yīng)，與照射的時(shí)間長(zhǎng)短及入射光的強(qiáng)度

14、無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤 答案：D 4如圖所示為康普頓效應(yīng)示意圖，真空中光子與一個(gè)靜止的電子發(fā)生碰撞，圖中標(biāo)出了碰撞后電子的運(yùn)動(dòng)方向設(shè)碰前光子頻率為，碰后為，則關(guān)于光子碰后的運(yùn)動(dòng)方向和頻率的說(shuō)法中正確的是() A可能沿圖中方向 B可能沿圖中方向 C D 解析：光子與電子碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒，故沿方向運(yùn)動(dòng)，光子與電子碰撞后，它的能量變小，即頻率變小，故B正確 答案：B 5光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，下列表述正確的是() A光照時(shí)間越長(zhǎng)光電流越大 B入射光足夠強(qiáng)就可以有光電流 C遏止電壓與入射光的頻率有關(guān) D入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子 解析：由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程知，只有當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時(shí)才能產(chǎn)生光電子，光電流幾乎是瞬時(shí)產(chǎn)生的，其大小與光強(qiáng)有關(guān)，與光照時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)關(guān)，易知eUcEkhW0(其中Uc為遏止電壓，Ek為光電子的最大初動(dòng)能，W0為逸出功，為入射光頻率)由以上分析知，A、B錯(cuò)誤，C、D正確 答案：CD謝謝觀看！謝謝觀看！