1、返回目录 波粒二象性 第十七章 返回目录 第2节 光的粒子性返回目录 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 返回目录 课前 教材预案课堂 深度拓展课末 随堂演练课后 限时作业返回目录 1光电效应照射到金属表面的光，能使金属中的_从表面逸出的现象2光电子光电效应中发射出来的_要点一 光电效应电子 课前教材预案电子 返回目录 3光电效应的实验规律(1)存在着_电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大这表明对于一定颜色的 光，入 射 光 越 强，单 位 时 间 内 发 射 的
2、 光 电 子 数_；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会增大饱和 越多 返回目录(2)存在着遏止电压和_频率：光电子的能量只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发生光电效应(3)光电效应具有_：光电效应几乎是瞬时发生的，从光照射到产生光电流的时间不超过109 s截止 瞬时性 返回目录 4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W0表示不同金属的逸出功不同返回目录 1光子说光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量组成的，这些能量子被称为_，频率为的能量子为_光子 要点二 爱因斯坦的光电效
3、应方程h 返回目录 2光电效应方程(1)表达式：h_或Ek_(2)物理意义：是能量守恒方程的具体体现，即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_，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能EkEkW0 3只有当hcW0时，才有光电子逸出，c W0h 就是光电效应的截止频率hW0 逸出功W0 返回目录 1光的散射光在介质中与_相互作用，因而传播方向_，这种现象叫做光的散射物质微粒 要点三 康普顿效应和光子的动量发生改变 返回目录 2康普顿效应(1)概 念：在 光 的 散 射 中，除 了 与 入 射 波 长 0_的成分外，还有波长_0的成分的现象(2)意义：康普顿效应表明光子除
4、了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的_的一面相同 大于 粒子性 返回目录 3光子的动量(1)表达式：ph(2)说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小，从p_看，光子的波长_h变大 返回目录 问题与思考1判断下列说法的正误(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)入射光照射到金属表面上时，光电子几乎是瞬时发射的()返回目录 答案(1)光电效应的发生存在着截止频率，当入射光的频率低于截止频率时，光电效应不能发生，(1)错误(2)光电效应的发生只与入射光的频率有关，与入射光的
5、强弱无关，(2)错误(3)光电效应的发生具有瞬时性，一般不超过109s，即光电子几乎是瞬时发射的，(3)正确返回目录 2不同频率的光照射到同一金属表面发生光电效应时，光电子的最大初动能是否相同？答案 同一金属的逸出功相同，而不同频率的光的能量不同，由光电效应方程可知，发生光电效应时，逸出的光电子的最大初动能是不同的返回目录 3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；宇航员在太空中尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的，为什么？答案 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再散射返回目录 课堂深度拓展考点一 正确理解光电
6、效应中的五组概念1光子与光电子(1)光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电(2)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，光电子是果返回目录 2光电子的初动能与光电子的最大初动能(1)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，逸出金属表面的光电子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(2)只有当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返回目录 3光子的能量与入射光的强度(1)光子的能量即每个光子的能量，
7、其值为h(为光子的频率)，其大小由光的频率决定(2)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返回目录 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返回目录 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返回目录【例题1】(多选)一束绿光照射某金属发
8、生了光电效应，则下列说法正确的是()A若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加B若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能增加C若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加返回目录 答案 AD 解析 光电效应的规律表明，入射光的频率决定是否发生光电效应以及发生光电效应时逸出的光电子的最大初动能的大小，当入射光的频率增加后，逸出的光电子的最大初动能也增加；又紫光的频率高于绿光的频率，而增加光的照射强度，会使单位时间内逸出的光电子数增加，故选项A、D正确返回目录【变式1】硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能，若有N个频率为的光子打在光电池
9、极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量)()AhB12NhCNhD2Nh答案 C 返回目录 解析 光子能量与频率有关，一个光子能量为h，N个光子能量为Nh，选项C正确返回目录 1规律(1)饱和电流和入射光强度的关系：饱和电流Im的大小与入射光的强度成正比，也就是单位时间内发射的光电子数目与入射光的强度成正比考点二 光电效应的实验规律返回目录(2)光电子的最大初动能与入射光强度的关系：光电子的最大初动能(或遏止电压)与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关，频率越高，光电子的最大初动能越大返回目录(3)光电效应的产生与入射光的频率和光强的关系：任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大
10、于这个截止频率才能产生光电效应；频率低于截止频率的入射光，无论光的强度多大，照射时间多长，都不能发生光电效应(4)光电效应的瞬时性：光的照射和光电子的逸出几乎是同时的，在测量精度范围内观察不出这两者间存在滞后现象，即光电效应几乎是瞬时发生的返回目录(1)截止频率是使某一金属发生光电效应的入射光的最低频率(2)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，所以光电流几乎是瞬时发生的返回目录 光电效应现象中的认知技巧(1)上面提到的入射光的强度，指的是单位时间内入射在金属单位面积上的光子总能量，在入射光频率不变的情况下，光的强度与光子数成正比返回目录(2)入射光的强度 决定着单位时间内发射出
11、来的电子数(3)入射光的频率 决定着是否产生光电效应及发生光电效应时光电子的最大初动能返回目录【例题2】(多选)在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A增大入射光的强度，光电流增大B减小入射光的强度，光电效应现象消失返回目录 C改用频率小于的光照射，一定不发生光电效应D改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大答案 AD 返回目录 解析 增大入射光强度，单位时间内照射到金属表面单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B错误；返回目录 用频率为的光照射光电管阴极，发生光电效应，
12、用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，故选项C错误；根据hW逸12mv2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确返回目录【变式2】用同一束单色光，在同一条件下，先后照射锌片和银片，都能产生光电效应在这两个过程中，对下列四个量，一定相同的是_，可能相同的是_，一定不相同的是_A光子的能量 B金属的逸出功C光电子初动能D光电子最大初动能返回目录 解析 光子的能量由频率决定，同一束单色光频率相同，因而光子能量相同逸出功等于电子脱离原子核束缚需要做的最少的功，因此只由材料决定，锌片和银片的光电效应中，光电子的逸出功一定不相同由EkhW0，照射光子的能量
13、h相同，逸出功W0不同，则光电子最大初动能一定不同返回目录 由于光电子吸收光子后到达金属表面的路径不同，途中损失的能量也不同，因而脱离金属时的初动能分布在零到最大初动能之间，所以，在两个不同光电效应的光电子中，初动能是可能相同的答案 A C BD返回目录 1对光电效应方程EkhW0的理解(1)式中的Ek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0Ek范围内的任何数值考点三 光电效应方程及其应用返回目录(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程能量为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如果克服吸引力做
14、功最少为W0，则电子离开金属表面的动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知EkhW0返回目录(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EkhW00，亦即hW0，W0h，而cW0h 恰好是光电效应的截止频率返回目录 求解光电效应问题时只需理清两条线索，明确两个关系，熟练运用光电效应方程即可(1)两条线索返回目录(2)两个关系 光照强度高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初动能大返回目录 2Ek曲线如图甲所示为光电子最大初动能Ek随入射光频率的变化曲线由于EkhW0，这里横轴上的截距是阴极金属的截止频率；纵轴上的截距是
15、阴极金属的逸出功的负值，斜率为普朗克常量(EkhW0，Ek是的一次函数，不是正比例函数)返回目录 返回目录 3IU曲线如图乙所示，图线为光电流强度I随光电管两极板间电压U的变化关系，图中Im为饱和电流，由光照强度决定；Uc为遏止电压，由光电子的最大初动能决定12mv2meUc，而光电子的最大初动能取决于入射光的频率返回目录 光电效应曲线的拓展应用(1)在同一坐标系中画不同物质的Ek曲线，则必平行，因为图线的斜率等于普朗克常量(2)IU图象中，同一频率但强度不同的光对应的遏止电压Uc一定相等，但饱和光电流Im不等返回目录【例题3】在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光
16、电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示则可判断出()返回目录 A甲光的频率大于乙光的频率B乙光的波长大于丙光的波长C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能答案 B 返回目录 解析 当光电管两端加上遏止电压，光电流为零时，则由动能定理 12 mv 2m 0eUc，对同一光电管(逸出功W0相同)使用不同频率的光照射，有hW012mv2m，两式联立可得hW0eUc甲光、乙光的遏止电压相同，则它们的频率相等，选项A错误；返回目录 又 c 可见丙乙，选项B正确；截止频率c W0h，因为同一金属板的逸出功W0相同，所以截止频率相同，选
17、项C错误；又由hW0 12 mv 2m 或由 12 mv 2m 0eUc可知，丙光对应的最大初动能最大，选项D错误返回目录【变式3】爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如图所示，其中0为极限频率从图中可以确定的是()返回目录 A逸出功与有关BEkm与入射光强度成正比C当0时，会逸出光电子D图中直线的斜率与普朗克常量有关答案 D 返回目录 解析 金属的逸出功由金属自身决定，与入射光频率无关，选项A错误；电子的最大初动能与入射光强度无关，选项B错误；只有入射光频率大于极限频率时，才有光电子逸出，选项
18、C错误；由光电效应方程EkmhW0可知，选项D正确返回目录 考点四 光子说对康普顿效应的解释1假定X射线光子与电子发生弹性碰撞，一个X射线的光子不仅具有能量h，而且还有动量，如图所示这个光子与静止的电子发生弹性碰撞时，光子有一部分能量传给电子，能量由h减小为h，因此频率减小，波长增长同时，光子还使电子获得一定的动量返回目录 康普顿效应的意义康普顿效应证明了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返回目录【例题4】康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量如图所示给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向_运动，并且波长_.(选填“不变”“变短”或“变长”)
19、返回目录 解析 因光子与电子的碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致，可见碰后光子运动的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由hhc知，波长变长答案 1 变长返回目录【变式4】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子碰撞前的波长为，碰撞后的波长为，则碰撞过程中()A能量守恒，动量守恒，且B能量不守恒，动量不守恒，且C能量守恒，动量守恒，且返回目录 答案 C 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
20、这两个守恒规律，光子与电子碰撞前光子的能量hh c，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量hh c，由可得，选项C正确返回目录 1硅光电池是利用光电效应原理制成的器件，下列表述正确的是()A硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出课末随堂演练返回目录 C逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应答案 A 返回目录 解析 光电效应是光(包括不可见光)照射金属使其逸出电子的现象，因此，硅光电池是把光能转化为电能的一种装置，选项A正确根据光电效应规律知，大于极限频率的光才能被金属中的电子吸收而发生光
21、电效应，跑向金属内部的电子并不能飞出金属，选项B、D错误光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，选项C错误返回目录 2已知电磁波的波长从小到大依次排列，其顺序为：射线、X射线、紫外线、可见光(紫、靛、蓝、绿、黄、橙、红)、红外线、无线电波当用绿光照射某金属表面时，能产生光电效应现象，为了增大光电子的最大初动能()A可选用紫外线照射B可选用红光照射C可增强绿光照射强度D可延长绿光的照射时间返回目录 答案 A 解析 由波速公式c可知，波长越长的电磁波，频率越小，波长越短的电磁波，频率越大；由光电效应方程EkmhW0，当入射光的频率增大时，光电子的最大初动能增大，与光照强度和光照时间无关，故选项
22、A正确，B、C、D错误返回目录 3用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率变化的Ek图象已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图象画在同一个Ek坐标系中，如图所示用实线表示钨、虚线表示锌，则正确反映这一过程的是()返回目录 答案 A 返回目录 解析 依据光电效应方程EkhW0可知，Ek图线的斜率代表普朗克常量h，因此钨和锌的Ek图线应该平行；图线的横截距代表截止频率c，而c Wh，钨的c小些，因此，选项A正确返回目录 4在光电效应实验中，小明同学用同一实验装置，如图甲所示，在甲、乙、丙三种光的照射下得到了三条电
23、流表与电压表读数之间的关系曲线，如图乙所示则正确的是()返回目录 A乙光的频率小于甲光的频率B甲光的波长大于丙光的波长C丙光的光子能量小于甲光的光子能量D乙光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能答案 B 返回目录 解析 由爱因斯坦光电效应方程EkhW0及遏止电压的含义可知，hW0eUc，结合题意与图象可以判断，W0相同，U1U2，则三种色光的频率为乙丙甲，故丙光子能量大于甲光子能量，选项A、C错误；同时判断乙光对应光电子的最大初动能等于丙光对应光电子的最大初动能，选项D错误；由 c 知，乙丙甲，选项B正确返回目录 5A、B两种光子的能量之比为21，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功返回目录 解析 光子能量h，动量ph，且c，解得pc，则pApB21A照射时，光电子的最大初动能EAAW0，同理，EBBW0，又A2B，解得W0EA2EB答案 21 EA2EB返回目录 课后限时作业