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)的實驗規(guī)律閱讀教材第31頁 光電效應(yīng)的實驗規(guī)律 部分 知道光電效應(yīng)的概念 理解光電效應(yīng)的實驗規(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)的實驗規(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不能發(fā)生光電效應(yīng) 3 光電效應(yīng)具有瞬時性 光電效應(yīng)中產(chǎn)生電流的時間不超過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)射和吸收時能量是一份一份的 而且光本身就是由一個個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 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 還具有動量 深入揭示了光的粒子性的一面 4 寫出光子的動量的表達(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能也越大 解析 同一頻率的光照射到不同金屬上時 因各種金屬的逸出功不相同 產(chǎn)生的光電子的最大初動能也不相同 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的初動能越大 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 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間內(nèi)發(fā)射光電子的數(shù)目有關(guān) 單位時間內(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 將鋅板和驗電器連在一起 然后用紫外線燈照射鋅板 會發(fā)生一個奇妙的現(xiàn)象 驗電器的金屬箔片張開一個角度 這一現(xiàn)象說明了鋅板在紫外線照射下帶電了 為什么會這樣呢 驗電器上帶何種電荷 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 因此鋅板會顯示正電性 驗電器會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 光電子的動能與光電子的最大初動能 光照射到金屬表面時 光子的能量全部被電子吸收 電子吸收了光子的能量 可能向各個方向運(yùn)動 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能 只有金屬表面的電子直接向外飛出時 只需克服原子核的引力做功 才具有最大初動能 光電子的初動能小于或等于光電子的最大初動能 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 光電流趨于一個飽和值 這個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) 而實驗表明 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 而實驗表明 不同金屬有不同的截止頻率 入射光頻率大于截止頻率時才會發(fā)生光電效應(yīng) 3 矛盾之三 具有瞬時性按照光的經(jīng)典電磁理論 如果光很弱 電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量 而實驗表明 無論入射光怎樣微弱 光電效應(yīng)幾乎是瞬時的 探究一 探究二 光電子是金屬表面受到光照射時發(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能增加c 若改用紫光照射 則可能不會發(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)時產(chǎn)生的光電子的最大初動能的大小 當(dāng)入射光頻率增加后 產(chǎn)生的光電子最大初動能也增加 而照射光的強(qiáng)度增加 會使單位時間內(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)時產(chǎn)生的光電子的最大初動能的大小 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)實驗如圖所示 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)滑動變阻器的滑片移到最右端時 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)滑動變阻器的滑片向左端移動時 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a錯誤 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b錯誤 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c錯誤 當(dāng)滑動變阻器的滑片向左端移動時 陽極吸收光電子的能力增強(qiáng) 光電流會增大 當(dāng)所有光電子都到達(dá)陽極時 電流達(dá)到最大 即飽和電流 若在移動前 電流已經(jīng)達(dá)到飽和電流 那么再增大uak 光電流也不會增大 所以選項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能 當(dāng)所加的電壓較小時 光電管中仍然有電流 當(dāng)電壓大于遏止電壓時 電路中無電流 探究一 探究二 名師精講1 光電效應(yīng)的四個規(guī)律 1 任何一種金屬都有一個截止頻率 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)度及照射時間無關(guān) 2 光電子的最大初動能與入射光的強(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 單位時間內(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)幾乎是瞬時的 發(fā)生的時間一般不超過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的動能 如果克服吸引力做功最少為w0 則電子離開金屬表面時動能最大為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 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)滑動變阻器 發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0 60v時 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 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 產(chǎn)生的光電子的最大初動能為ed 入射光的頻率為2 0時 產(chǎn)生的光電子的最大初動能為2e解析 題中圖象反映了光電子的最大初動能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 光電子的最大初動能ek 0 此時有h 0 w0 即該金屬的逸出功等于h 0 選項b正確 根據(jù)圖線的物理意義 有w0 e 故選項a正確 而選項c d錯誤 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 產(chǎn)生了光電效應(yīng) 這時 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 鋅板會吸附空氣中的正離子解析 當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時 產(chǎn)生了光電效應(yīng) 有電子從鋅板逸出 鋅板帶正電 選項c正確 a b d錯誤 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 光電子的最大初動能不變 光電子的最大初動能減小 單位時間內(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)度和照射時間無關(guān) 故選項a b d均錯誤 又因 所以選項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)實驗中 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 光電子的最大初動能變大解析 增大入射光的強(qiáng)度 單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)增加 則光電流增大 選項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