人教版選修35 17.2光的粒子性 課件（28張）.ppt

2光的粒子性 讀一讀 思一思 辨一辨 議一議 一 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律閱讀教材第31頁 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 部分 知道光電效應(yīng)的概念 理解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 1 光電效應(yīng)的概念是什么 答案 照射到金屬表面的光 能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象 2 什么是光電子 答案 光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子 讀一讀 思一思 辨一辨 議一議 3 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律有哪些 答案 1 存在著飽和光電流 在光的顏色不變的情況下 入射光越強(qiáng) 飽和電流越大 2 存在著遏止電壓和截止頻率 入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng) 3 光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性 光電效應(yīng)中產(chǎn)生電流的時(shí)間不超過10 9s 4 什么是逸出功 答案 使電子脫離某種金屬所做功的最小值 不同金屬的逸出功不同 讀一讀 思一思 辨一辨 議一議 二 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程閱讀教材第32頁 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 部分 知道光子說 理解光電效應(yīng)方程 1 什么是光子說 答案 光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的 而且光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的 頻率為 的光的能量子為h 這些能量子被稱為光子 2 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程表達(dá)式是什么 有什么物理意義 答案 1 表達(dá)式 h ek w0或ek h w0 2 物理意義 金屬中電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是h 這些能量一部分用于克服金屬的逸出功w0 剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能ek 讀一讀 思一思 辨一辨 議一議 三 康普頓效應(yīng) 見教材第35頁 1 什么是光的散射 答案 光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用 因而傳播方向發(fā)生改變 這種現(xiàn)象叫作光的散射 2 什么是康普頓效應(yīng) 答案 美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對x射線的散射時(shí) 發(fā)現(xiàn)在散射的x射線中 除了與入射波長 0相同的成分外 還有波長大于 0的成分 這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng) 3 康普頓效應(yīng)的意義是什么 答案 康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外 還具有動(dòng)量 深入揭示了光的粒子性的一面 4 寫出光子的動(dòng)量的表達(dá)式 讀一讀 思一思 辨一辨 議一議 1 思考辨析 1 同一頻率的光照射不同金屬 如果都能產(chǎn)生光電效應(yīng) 則逸出功越大的金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能也越大 解析 同一頻率的光照射到不同金屬上時(shí) 因各種金屬的逸出功不相同 產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能也不相同 逸出功越小 電子擺脫金屬的束縛也越容易 電子脫離金屬表面時(shí)的初動(dòng)能越大 答案 2 康普頓散射的主要特征是散射光的波長有些與入射光的相同 有些散射光的波長比入射光的波長長些 且散射光波長的改變量與散射角的大小有關(guān) 解析 光子和電子相碰撞 光子有一部分能量傳給電子 散射光子的能量減少 于是散射光的波長大于入射光的波長 散射角不同 能量減少情況不同 散射光的波長也有所不同 答案 讀一讀 思一思 辨一辨 議一議 2 探究討論 1 怎樣從能量守恒角度理解愛因斯坦光電效應(yīng)方程 答案 愛因斯坦光電效應(yīng)方程中的h 是入射光子的能量 逸出功w0是光子飛出金屬表面消耗的能量 ek是光子的最大初動(dòng)能 因此愛因斯坦光電效應(yīng)方程符合能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律 2 發(fā)生光電效應(yīng)時(shí) 電路中光電流的飽和值取決于什么 答案 在光電管中若發(fā)生了光電效應(yīng) 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) 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) 因此電路中光電流的飽和值取決于入射光的強(qiáng)度 探究一 探究二 正確理解光電效應(yīng)的相關(guān)知識問題導(dǎo)引從前面的探究討論我們知道 將鋅板和驗(yàn)電器連在一起 然后用紫外線燈照射鋅板 會(huì)發(fā)生一個(gè)奇妙的現(xiàn)象 驗(yàn)電器的金屬箔片張開一個(gè)角度 這一現(xiàn)象說明了鋅板在紫外線照射下帶電了 為什么會(huì)這樣呢 驗(yàn)電器上帶何種電荷 要點(diǎn)提示 鋅板在紫外線燈的照射下發(fā)生了光電效應(yīng) 發(fā)射出光電子 因此鋅板會(huì)顯示正電性 驗(yàn)電器會(huì)因帶正電荷而使金屬箔片張開一定角度 探究一 探究二 名師精講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)射出來的電子 其本質(zhì)是電子 光照射金屬是因 產(chǎn)生光電子是果 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 電子吸收了光子的能量 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)能小于或等于光電子的最大初動(dòng)能 探究一 探究二 3 光子的能量與入射光的強(qiáng)度 光子的能量即每個(gè)光子的能量 其值為 h 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h 與入射光子數(shù)n的乘積 即光強(qiáng)等于nh 4 光電流和飽和光電流 金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極 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關(guān) 5 光的強(qiáng)度與飽和光電流 飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比的規(guī)律是對頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的 對于不同頻率的光 由于每個(gè)光子的能量不同 飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒有簡單的正比關(guān)系 探究一 探究二 6 光電效應(yīng)與經(jīng)典電磁理論的矛盾 1 矛盾之一 遏止電壓由入射光頻率決定 與光的強(qiáng)弱無關(guān)按照光的經(jīng)典電磁理論 光越強(qiáng) 光電子的初動(dòng)能應(yīng)該越大 所以遏止電壓應(yīng)與光的強(qiáng)弱有關(guān) 而實(shí)驗(yàn)表明 遏止電壓由入射光的頻率決定 與光強(qiáng)無關(guān) 2 矛盾之二 存在截止頻率按照光的經(jīng)典電磁理論 不管光的頻率如何 只要光足夠強(qiáng) 電子都可獲得足夠的能量從而逸出表面 不應(yīng)存在截止頻率 而實(shí)驗(yàn)表明 不同金屬有不同的截止頻率 入射光頻率大于截止頻率時(shí)才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng) 3 矛盾之三 具有瞬時(shí)性按照光的經(jīng)典電磁理論 如果光很弱 電子需幾分鐘到十幾分鐘的時(shí)間才能獲得逸出表面所需的能量 而實(shí)驗(yàn)表明 無論入射光怎樣微弱 光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)的 探究一 探究二 光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來的電子 其本質(zhì)是電子 光照射金屬是因 產(chǎn)生光電子是果 探究一 探究二 典例剖析 例題1 多選 一束綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng) 則下列說法正確的是 a 若增加綠光的照射強(qiáng)度 則逸出的光電子數(shù)增加b 若增加綠光的照射強(qiáng)度 則逸出的光電子最大初動(dòng)能增加c 若改用紫光照射 則可能不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)d 若改用紫光照射 則逸出的光電子的最大初動(dòng)能增加解析 光電效應(yīng)的規(guī)律表明 入射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)以及發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能的大小 當(dāng)入射光頻率增加后 產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能也增加 而照射光的強(qiáng)度增加 會(huì)使單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加 又知紫光頻率高于綠光 故選項(xiàng)正確的有a d 答案 ad 探究一 探究二 歸納總結(jié)入射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)以及發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能的大小 能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱無關(guān) 探究一 探究二 變式訓(xùn)練1利用光電管研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)如圖所示 用頻率為 的可見光照射陰極k 電流表中有電流通過 則 a 用紫外線照射 電流表不一定有電流通過b 用紅外線照射 電流表一定無電流通過c 用頻率為 的可見光照射陰極k 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片移到最右端時(shí) 電流表一定無電流通過d 用頻率為 的可見光照射陰極k 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向左端移動(dòng)時(shí) 電流表示數(shù)可能不變 探究一 探究二 解析 因紫外線的頻率比可見光的頻率高 所以用紫外線照射 電流表一定有電流通過 選項(xiàng)a錯(cuò)誤 因不知陰極k的極限頻率 所以用紅外線照射 可能發(fā)生光電效應(yīng) 電流表可能有電流通過 選項(xiàng)b錯(cuò)誤 由于發(fā)生了光電效應(yīng) 即使a k間的電壓uak 0 電流表中也有電流通過 所以選項(xiàng)c錯(cuò)誤 當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向左端移動(dòng)時(shí) 陽極吸收光電子的能力增強(qiáng) 光電流會(huì)增大 當(dāng)所有光電子都到達(dá)陽極時(shí) 電流達(dá)到最大 即飽和電流 若在移動(dòng)前 電流已經(jīng)達(dá)到飽和電流 那么再增大uak 光電流也不會(huì)增大 所以選項(xiàng)d正確 答案 d 探究一 探究二 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程問題導(dǎo)引用光照射光電管且能產(chǎn)生光電效應(yīng) 如果給光電管加上反向電壓 光電管中就沒有電流了嗎 要點(diǎn)提示 由于光電子具有一定的動(dòng)能 當(dāng)所加的電壓較小時(shí) 光電管中仍然有電流 當(dāng)電壓大于遏止電壓時(shí) 電路中無電流 探究一 探究二 名師精講1 光電效應(yīng)的四個(gè)規(guī)律 1 任何一種金屬都有一個(gè)截止頻率 c 入射光的頻率必須大于 c 才能產(chǎn)生光電效應(yīng) 與入射光的強(qiáng)度及照射時(shí)間無關(guān) 2 光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān) 只與入射光的頻率有關(guān) 3 當(dāng)產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí) 單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的電子數(shù)與入射光的強(qiáng)度有關(guān) 4 光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)的 發(fā)生的時(shí)間一般不超過10 9s 探究一 探究二 2 光電效應(yīng)方程的理解與應(yīng)用 1 光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程能量為e h 的光子被電子吸收 電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引 另一部分就是電子離開金屬表面時(shí)的動(dòng)能 如果克服吸引力做功最少為w0 則電子離開金屬表面時(shí)動(dòng)能最大為ek 根據(jù)能量守恒定律可知 ek h w0 2 光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件 探究一 探究二 3 ekm 曲線右圖是光電子最大初動(dòng)能ekm隨入射光頻率 的變化曲線 這里 橫軸上的截距是截止頻率或極限頻率 縱軸上的截距是逸出功的負(fù)值 斜率為普朗克常量 特別提醒 1 逸出功和截止頻率均由金屬本身決定 與其他因素?zé)o關(guān) 2 光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大 但不是正比關(guān)系 探究一 探究二 典例剖析 例題2 如圖所示 當(dāng)開關(guān)k斷開時(shí) 用光子能量為2 5ev的一束光照射陰極p 發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零 合上開關(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0 60v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0 60v時(shí) 電流表讀數(shù)為零 由此可知陰極材料的逸出功為 a 1 9evb 0 6evc 2 5evd 3 1ev 思考問題 如何求解光電子的最大初動(dòng)能 提示 利用電場力做功公式w euc 解析 由題意知光電子的最大初動(dòng)能為ek euc 0 60ev 所以根據(jù)光電效應(yīng)方程ek h w0可得w0 h ek 2 5 0 6 ev 1 9ev 答案 a歸納總結(jié)光電子克服電場力做功 動(dòng)能減少 電勢能增加 探究一 探究二 變式訓(xùn)練2 多選 某金屬在光的照射下 光電子最大初動(dòng)能ek與入射光頻率 的關(guān)系圖象如圖所示 由圖象可知 a 該金屬的逸出功等于eb 該金屬的逸出功等于h 0c 入射光的頻率為 0時(shí) 產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為ed 入射光的頻率為2 0時(shí) 產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為2e解析 題中圖象反映了光電子的最大初動(dòng)能ek與入射光頻率 的關(guān)系 根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程ek h w0 知當(dāng)入射光的頻率恰為該金屬的截止頻率 0時(shí) 光電子的最大初動(dòng)能ek 0 此時(shí)有h 0 w0 即該金屬的逸出功等于h 0 選項(xiàng)b正確 根據(jù)圖線的物理意義 有w0 e 故選項(xiàng)a正確 而選項(xiàng)c d錯(cuò)誤 答案 ab 1 2 3 4 5 1 光電效應(yīng)現(xiàn)象 當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時(shí) 產(chǎn)生了光電效應(yīng) 這時(shí) a 鋅板帶負(fù)電b 有正離子從鋅板逸出c 有電子從鋅板逸出d 鋅板會(huì)吸附空氣中的正離子解析 當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時(shí) 產(chǎn)生了光電效應(yīng) 有電子從鋅板逸出 鋅板帶正電 選項(xiàng)c正確 a b d錯(cuò)誤 答案 c 1 2 3 4 5 2 光電效應(yīng)規(guī)律 用某種單色光照射某種金屬表面 發(fā)生光電效應(yīng) 現(xiàn)將該單色光的光強(qiáng)減弱 則下列說法中正確的是 光電子的最大初動(dòng)能不變 光電子的最大初動(dòng)能減小 單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)減少 可能不發(fā)生光電效應(yīng)a b c d 解析 由光電效應(yīng)規(guī)律知 光電子的最大初動(dòng)能由入射光的頻率和金屬的逸出功共同決定 與入射光的強(qiáng)度無關(guān) 故 正確 單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光的強(qiáng)度成正比 光強(qiáng)減弱 則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)減少 即 也正確 答案 a 1 2 3 4 5 3 光電效應(yīng)規(guī)律 某單色光照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng) 則下述措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是 a 延長光照時(shí)間b 增大光的強(qiáng)度c 換用波長較短的光照射d 換用頻率較低的光照射解析 光照射金屬時(shí)能否產(chǎn)生光電效應(yīng) 取決于入射光的頻率是否大于金屬的截止頻率 與入射光的強(qiáng)度和照射時(shí)間無關(guān) 故選項(xiàng)a b d均錯(cuò)誤 又因 所以選項(xiàng)c正確 答案 c 1 2 3 4 5 4 光電效應(yīng)方程的理解與應(yīng)用 多選 在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中 用頻率為 的光照射光電管陰極 發(fā)生了光電效應(yīng) 下列說法正確的是 a 增大入射光的強(qiáng)度 光電流增大b 減小入射光的強(qiáng)度 光電效應(yīng)現(xiàn)象消失c 改用頻率低于 的光照射 一定不發(fā)生光電效應(yīng)d 改用頻率高于 的光照射 光電子的最大初動(dòng)能變大解析 增大入射光的強(qiáng)度 單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)增加 則光電流增大 選項(xiàng)a正確 光電效應(yīng)能否發(fā)生與照射光頻率有關(guān) 與照射光強(qiáng)度無關(guān) 選項(xiàng)