1、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，了解光子的动量一、光电效应及其实验规律导学探究1探究光电效应产生的条件如图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)图1(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象为_，说明_.(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_.(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_答案(1)验电器箔片张开锌板带电了弧光灯发出的紫外线照射
2、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)箔片张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)观察不到箔片张开可见光不能使锌板发生光电效应2研究光电效应的规律如图2甲是研究光电效应现象的装置图，图乙是研究光电效应的电路图，请结合装置图及产生的现象回答下列问题：图2(1)在甲图中发现，利用紫外线照射锌板无论光的强度如何变化，验电器都有张角，而用红光照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器总无张角，这说明了什么？(2)在乙图中光电管两端加正向电压，用一定强度的光照射时，若增加电压，电流表示数不变，而光强增加时，同样电压，电流表示数会增大，这说明了什么？(3)在乙
3、图中若加反向电压，当光强增大时，遏止电压不变，而入射光的频率增加时，遏止电压却增加，这一现象说明了什么？(4)光电效应实验表明，发射电子的能量与入射光的强度无关，而与光的频率有关，试用光子说分析原因答案(1)金属能否发生光电效应，决定于入射光的频率，与入射光的强度无关(2)保持入射光频率不变，当发生光电效应时，飞出的光电子个数只与光的强度有关(3)光电子的能量与入射光频率有关，与光的强度无关(4)由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能一份一份地吸收光子的能量而且这个传递能量的过程只能是一个光子对应一个电子的行为如果光的频率低于极限频率，则光子提供给电子的能量不足以克服原来的束缚，就不
4、能发生光电效应而当光的频率高于极限频率时，能量传递给电子以后，电子摆脱束缚要消耗一部分能量，剩余的能量以光电子的动能形式存在知识梳理1光电效应在光的照射下物体发射电子的现象叫做光电效应发射出来的电子叫光电子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，当入射光的频率高于这个极限频率时，才能产生光电效应；(2)光电子的最大动能随着入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关；(3)保持入射光频率不变，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入射光的强度有关；(4)入射光射到金属表面时，光电子的产生几乎是瞬时的，不超过1109 s.即学即用判断下列说法的正误(1)任何频率的
5、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)“光子”就是“光电子”的简称()二、爱因斯坦的光子说导学探究用如图3所示的装置研究光电效应现象用光子能量为2.75 eV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；移动滑动变阻器的滑动触头，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为0.图3(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？(3)当滑动触头向a端滑动时，光电流变大还是变小？(4)当入射光的频率增大时，光电子最大动能如何变化？遏止电压呢？答案(1)1.7 eV1.7 V(2)WhEk
6、m2.75 eV1.7 eV1.05 eV(3)变大(4)变大变大知识梳理1光子说：光在空间传播时是不连续的，而是一份一份的，一份叫做一个光量子，简称光子光子的能量Eh.2逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W表示，不同金属的逸出功不同3最大动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值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(2)极限频率：能使某种金属发生光电效应的最小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：hEkmW或EkmhW.(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能
7、量是h，这些能量一部分用于克服金属的逸出功W，剩下的表现为逸出后电子的最大动能(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EkmhW0，亦即hW，而0恰好是光电效应的极限频率即学即用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，则该入射光的强度越大，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()三、康普顿效应导学探究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；
8、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？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知识梳理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，还有波长大于入射线波长的成分，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，还具有动量，进一步为光的粒子性提供了证据3光子的动量表达式：p.即学即用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
9、些光子发生散射后，其波长变大()一、光电效应现象及其实验规律1光电效应的实质：光现象电现象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，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多6光的强度与饱和光电流：饱和光电流与光强有关，与所加的正向电压大小无关且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例1(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某
10、一频率的光入射时，有光电流产生下列说法正确的是()A保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B入射光的频率变高，饱和光电流变大C入射光的频率变高，光电子的最大动能变大D保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生答案AC解析保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，单位时间内光电子变多，饱和光电流变大，A对；根据爱因斯坦光电效应方程EkmhW可知，入射光的频率变高，光电子的最大动能变大，饱和光电流不变，B错，C对；当h0，亦即hW，0，而0恰好是光电效应的极限频率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：光照强度越强光子数目多发射光电子多
11、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2如图5所示，当开关K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V时，电流表读数仍不为零当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零由此可知阴极材料的逸出功为()图5A1.9 eV B0.6 eV C2.5 eV D3.1 eV答案A解析由题意知光电子的最大动能为EkmeU00.6 eV所以根据光电效应方程EkmhW可得WhEkm(2.50.6) eV1.9 eV.例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电流与电压之间的关
12、系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图6所示，则可判断出()图6A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乙光的频率大于丙光的频率D甲光对应的光电子最大动能大于丙光对应的光电子最大动能答案B解析当光电管两端加上遏止电压光电流为零时，有EkmeU0，对同一光电管(逸出功W相同)使用不同频率的光照射，有hWEkm，两式联立可得hWeU0，丙光的遏止电压最大，则丙光的频率最大，甲光的频率等于乙光的频率，A、C错误；由可见丙乙，B正确；又由hWEkm或由Ekm0eU0可知丙光对应的最大动能最大，D错误光电效应图线的理解和应用1Ekm图线：如图7甲所示是光电子最大动能Ekm随入射光频率的变化图线这
13、里，横轴上的截距是阴极金属的极限频率；纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量(EkmhW，Ekm是的一次函数，不是正比例函数)图72IU曲线：如图乙所示是光电流I随光电管两极板间电压U的变化曲线，图中 Im为饱和光电流，U0为遏止电压说明：由EkmeU和EkmhW知，同一色光，遏止电压相同，与入射光强度无关；频率越大，遏止电压越大；在入射光频率一定时，饱和光电流随入射光强度的增大而增大针对训练2在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U0与入射光的频率的关系如图8所示若该直线的斜率和纵截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为_，所用材料的逸出功可表示为_图8答
14、案ekeb1(光电效应现象的理解)(多选)如图9所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器箔片张开一个角度，则下列说法中正确的是()图9A用紫外线照射锌板，验电器箔片会张开B用红光照射锌板，验电器箔片一定会张开C锌板带的是负电荷D使验电器箔片张开的是正电荷答案AD2(光电效应的实验规律)利用光电管研究光电效应实验如图10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()图10A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
15、，电流表示数可能不变答案D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的截止频率，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UAK0，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，直至达到饱和电流若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大UAK，光电流也不会增大，所以选项D正确3(光电效应中的图像问题)如图11所示是光电效应中光电子的最大动能Ekm与入射光频率的关系图像从图中可知()图11AEkm与成正比B入射光频率必须小于极限频率c时，才能产生光
16、电效应C对同一种金属而言，Ekm仅与有关DEkm与入射光强度成正比答案C解析由EkmhW知C正确，A、B、D错误4(光电效应方程的应用)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.答案解析由光电效应方程知，光电子的最大动能EkmhW，其中金属的逸出功Wh0，又由c知W，用波长为的单色光照射时，其Ekmhc.又因为eU0Ekm，所以遏止电压U0.一、选择题考点一光电效应现象及规律1关于光电效应，下列说法正确的是()A当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B
17、只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C光电效应现象中存在极限频率，导致含有光电管的电路存在饱和电流D入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多答案A2入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么()A从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B逸出的光电子的最大动能将减小C单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D有可能不发生光电效应答案C解析发生光电效应几乎是瞬时的，选项A错误入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少；频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大动能也就不变，选项B错误入射光子的数目减
18、少，逸出的光电子数目也就减少，故选项C正确入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D错误3关于光电效应现象，下列说法中正确的是()A只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生B光电子的最大动能跟入射光的强度成正比C发生光电效应的时间一般都大于107 sD发生光电效应时，当入射光频率一定时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度有关答案D解析由hh知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，A错；由EkmhW0知，最大动能与入射光频率有关，与入射光的强度无关，B错；发生光电效应的时间
19、一般不超过109 s，C错4.如图1，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则()图1A电源右端应为正极B流过电流表G的电流大小取决于入射光的频率C流过电流表G的电流方向是a流向bD普朗克解释了光电效应并提出光子能量h答案C解析发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流表G的电流方向是a流向b，故C正确；光电管两端可能是正向电压也可能是反向电压，所以电源右端可能为正极，也可能为负极，故A错误；流过电流表G的电流大小取决于入射光的强度，与入射光的频率无关，故B错误；爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量h，故D错误5研究光电效应的电
20、路如图2所示用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中，正确的是()图2答案C解析用频率相同的光照射同一金属时，发射出的光电子的最大动能相同，所以遏止电压相同；饱和光电流与光的强度有关，光的强度越大，饱和光电流越大，故选项C正确考点二光电效应方程的应用6分别用波长为和的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大动能之比为12，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为()A. B. C. D.答案A解析根据光电效应方程得Ekm1hWEkm2hW又Ekm22Ek
21、m1联立得W，A正确7(多选)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为0，则()A当用频率为20的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B当用频率为20的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大动能为h0C当入射光的频率大于0时，若增大，则逸出功增大D当入射光的频率大于0时，若增大一倍，则光电子的最大动能也增大一倍答案AB解析因入射光的频率大于或等于极限频率时会产生光电效应，所以A正确；因为金属的极限频率为c，所以逸出功W0h0，再由EkmhW得，Ekm2h0h0h0，B正确；因为逸出功是光电子恰好逸出时需要做的功，对于同种金属是恒定的，故C错误；由EkmhWhh0h(0)可得，当增大一倍时：2，
22、故D错误8(多选)如图3所示，两平行金属板A、B间电压恒为U，一束波长为的入射光射到金属板B上，使B板发生了光电效应，已知该金属板的逸出功为W，电子的质量为m，电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，真空中光速为c，下列说法中正确的是()图3A入射光子的能量为hB到达A板的光电子的最大动能为hWeUC若增大两板间电压，B板没有光电子逸出D若减小入射光的波长一定会有光电子逸出答案ABD解析根据h，而，则光子的能量为h，故A正确；逸出的光电子的最大动能EkmhW，根据动能定理，EkmEkmeU，则到达A板的光电子的最大动能为EkmhWeU，故B正确；若增大两板间电压，不会影响光电效应现象，仍有光电子逸
23、出，故C错误；若减小入射光的波长，那么频率增大，一定会有光电子逸出，故D正确考点三光电效应图像问题9(多选)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图4所示，若该直线的斜率和纵截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则()图4A普朗克常量可表示为B若更换材料再实验，得到的图线的k不改变，b改变C所用材料的逸出功可表示为ebDb由入射光决定，与所用材料无关答案BC解析根据光电效应方程EkmhW，以及EkmeU0得：U0，图线的斜率k，解得普朗克常量hke，故A错误；纵轴截距的绝对值b，解得逸出功Web，故C正确；b等于逸出功与电子电荷量的比值，而逸出功与材料有关，则b与材
24、料有关，故D错误；更换材料再实验，由于逸出功变化，可知图线的斜率不变，纵轴截距改变，故B正确10(多选)美国物理学家密立根利用图5甲所示的电路研究金属的遏止电压U0与入射光频率的关系，描绘出图乙中的图像，由此算出普朗克常量h，电子电荷量的绝对值用e表示，下列说法正确的是()图5A入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向M端移动B增大入射光的强度，光电子的最大动能也增大C由U0图像可知，这种金属极限频率为0D由U0图像可得普朗克常量的表达式为h答案CD解析入射光的频率增大，光电子的最大动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，故A错误；根据光电效应
25、方程EkmhW知，光电子的最大动能与入射光的强度无关，故B错误；根据EkmhWeU0，解得U0，图线的斜率k，则h，当遏止电压为零时，0，故C、D正确二、非选择题11(对光电管实验及图像的考查)小明用阴极为金属铷的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图6甲所示已知普朗克常量h6.631034 Js.图6(1)图甲中电极A为光电管的_(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U0与入射光频率之间的关系如图乙所示，则铷的极限频率0_Hz，逸出功W_J；(3)如果实验中入射光的频率7.001014 Hz，则产生的光电子的最大动能Ekm_J.答案(1)阳极(2)5.1510143.4
26、11019(3)1.231019解析(1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极(2)由题图乙可知，铷的根限频率0为5.151014 Hz，逸出功Wh06.6310345.151014 J3.411019 J(3)当入射光的频率为7.001014 Hz时，由Ekmhh0得，光电子的最大动能为Ekm6.631034(7.005.15)1014 J1.231019 J.12(光电效应方程的应用)如图7所示，一光电管的阴极用极限波长0500 nm的钠制成用波长300 nm的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U2.1 V，饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，
27、电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)I0.56 A.(普朗克常量h6.631034 Js，真空中光速c3.0108 m/s，电子电荷量e1.61019 C，结果均保留两位有效数字)图7(1)求每秒钟内由K极发射的光电子数目(2)求电子到达A极时的最大动能(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的三倍，此时电子到达A极的最大动能是多大？答案(1)3.51012个(2)6.01019 J(3)6.01019 J解析(1)设每秒内发射的光电子数为n，则：n3.51012(个)(2)由光电效应方程可知：EkmhWhhhc()在A、K间加电压U时，电子到达阳极时的动能为Ekm，EkmEkmeUhc()eU.代入数值得：Ekm6.01019 J.(3)根据光电效应规律，光电子的最大动能与入射光的强度无关如果电压U不变，则电子到达A极的最大动能不会变，仍为6.01019 J.
