1、新步步高学年高中物理 第十七章 波粒二象性 2 光的粒子性学案 新人教版选修35分析2光的粒子性目标定位1.知道光电效应现象，能说出光电效应的实验规律.2.能用爱因斯坦光电效应方程对光电效应作出解释，会用光电效应方程解决一些简单的问题.3.了解康普顿效应及其意义一、光电效应1光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象2光电子：光电效应中发射出来的电子3光电效应的实验规律(1)存在着饱和光电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大(2)存在着遏止电压和截止频率：入射光的频率低于截止频率时不能(填“能”或“不能”)发生光电效应(3)光电效应具有瞬时性：光电效应中产生
2、电流的时间不超过109 s.想一想紫外线灯照射锌板，为什么与锌板相连的验电器指针张开一个角度？答案紫外线灯照射锌板，发生光电效应现象，锌板上的电子飞出锌板，使锌板带正电，与锌板相连的验电器也会因而带正电，使得验电器指针张开一个角度二、爱因斯坦的光电效应方程1光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频率为的光的能量子为h2爱因斯坦光电效应方程的表达式：hEkW0或EkhW0.想一想怎样从能量守恒角度理解爱因斯坦光电效应方程？答案爱因斯坦光电效应方程中的h是入射光子的能量，逸出功W0是光子飞出金属表面消耗的能量，Ek是光子的最大初动能，因此爱因斯坦光电效应方程符合能
3、量的转化与守恒定律三、康普顿效应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，除了与入射波长0相同的成分外，还有波长大于0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，深刻揭示了光的粒子性的一面3光子的动量表达式：p一、光电效应现象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光电子，其本质还是电子例1图1721一验电器与锌板相连(如图1721所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将_
4、(填“增大”、“减小”或“不变”)(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针_(填“有”或“无”)偏转答案(1)减小(2)无解析当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外光比黄光的频率还要低，更不可能使锌板发生光电效应能否发生光电效应与
5、入射光的强弱无关二、光电效应的实验规律1光电效应的四个规律(1)任何一种金属都有一个截止频率c，入射光的频率必须大于c，才能产生光电效应，与入射光的强度及照射时间无关(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关(3)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)光电效应几乎是瞬时的，发生的时间一般不超过109 s.2掌握三个概念的含义(1)入射光频率决定着能否发生光电效应和光电子的最大初动能(2)入射光的强度决定着单位时间内发射的光子数(3)饱和光电流决定着单位时间内发射的光电子数3逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W0表示，不同金属的逸
6、出功不同4光电效应与光的电磁理论的矛盾按光的电磁理论，应有：(1)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关(2)不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电效应(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于109 s.例2图1722利用光电管研究光电效应实验如图1722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()A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，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
7、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，电流表中也有电流，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，当所有光电子都到达阳极A时，电流达到最大，即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正确针对训练1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初动能将减小C单位时间内从
8、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初动能也就不变，选项B错误；入射光子的数目减少，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错误三、光电效应方程的理解与应用1光电效应方程实质上是能量守恒方程能量为Eh的光子被电子吸收，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
9、克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：EkhW0.2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，c，而c恰好是光电效应的截止频率图17233Ekm曲线如图1723所示是光电子最大初动能Ekm随入射光频率的变化曲线这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量例3图1724如图1724所示，当电键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电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为
10、零当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零由此可知阴极材料的逸出功为()A1.9 eV B0.6 eVC2.5 eV D3.1 eV答案A解析由题意知光电子的最大初动能为EkeUc060 eV，所以根据光电效应方程EkhW0可得W0hEk(2.50.6) eV1.9 eV针对训练2图1725如图1725所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率的关系图象，由图象可知()A该金属的逸出功等于EB该金属的逸出功等于h0C入射光的频率为0时，产生的光电子的最大初动能为ED入射光的频率为20时，产生的光电子的最大初动能为2E答案AB解析题中图象反映了光电子的最大初动能Ek与
11、入射光频率的关系，根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0，知当入射光的频率恰为该金属的截止频率0时，光电子的最大初动能Ek0，此时有h0W0，即该金属的逸出功等于h0，选项B正确；根据图线的物理意义，有W0E，故选项A正确，而选项C、D错误光电效应现象1(2013上海高考)当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时()A锌板带负电B有正离子从锌板逸出C有电子从锌板逸出D锌板会吸附空气中的正离子答案C解析当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C正确，A、B、D错误光电效应规律2用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应现将该单色光的光强减弱，则下列说法中正确
12、的是()光电子的最大初动能不变光电子的最大初动能减小单位时间内产生的光电子数减少可能不发生光电效应A B C D答案A解析由光电效应规律知，光电子的最大初动能由入射光的频率和金属的逸出功共同决定，与入射光的强度无关，故对；单位时间内产生的光电子数与入射光的强度成正比，光强减弱，则单位时间内产生的光电子数减少，即也正确3某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是()A延长光照时间B增大光的强度C换用波长较短的光照射D换用频率较低的光照射答案C解析光照射金属时能否产生光电效应，取决于入射光的频率是否大于金属的截止频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A、B、
13、D均错误；又因，所以选项C正确光电效应方程的理解与应用4(2014广东卷)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解析增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项A正确；光电效应能否发生与照射光频率有关，与照射光强度无关，选项B错误；改用频率较小的光照射时，如果光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，否则，不能发生光电效应，选项C错误；光电子的最大初动能EkhW0，故
14、改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大，选项D正确5.图1726如图1726所示是光电效应中光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象从图中可知()AEk与成正比B入射光频率必须大于或等于极限频率c时，才能产生光电效应C对同一种金属而言，Ek仅与有关DEk与入射光强度成正比答案BC解析由EkhW0知B、C正确，A、D错误(时间：60分钟)题组一光电效应的现象及规律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
15、答案A解析电池是把其他形式的能转化为电能的装置而硅光电池即是把光能转变成电能的一种装置2.图1727(2014文昌高二检测)在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连，用弧光灯(紫外线)照射锌板时，静电计的指针就张开一个角度，如图1727所示，这时()A锌板带正电，指针带负电B锌板带正电，指针带正电C若用黄光照射锌板，则可能不产生光电效应现象D若用红光照射锌板，则锌板能发射光电子答案BC解析锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，故锌板带正电，指针上的部分电子被吸引到锌板上发生中和，使指针带正电，B对、A错；红光和黄光的频率都小于紫外线的频率，都可能不产生光电效应
16、，C对、D错3(2014东莞高二检测)用紫光照射某金属恰可发生光电效应，现改用较弱的太阳光照射该金属，则()A可能不发生光电效应B逸出光电子的时间明显变长C逸出光电子的最大初动能不变D单位时间逸出光电子的数目变小答案CD解析由于太阳光含有紫光，所以照射金属时发生光电效应且逸出光电子的最大初动能不变，又因为光强变弱，所以单位时间逸出光电子的数目变小，C、D正确，A错误；产生光电效应的时间几乎是瞬时的，B错误4关于光电效应的规律，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光电子的最大初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
17、应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比答案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，故A错；由EkhW0知，最大初动能由入射光频率决定，与入射光的强度无关，故B错；发生光电效应的时间一般不超过109 s，故C错5.图1728如图1728所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过其原因可能是()A入射光太弱B入射光波长太长C光照时间太短D电源正、负极接反答案BD解析金属存在截止频率，超过截止频率的光照射金属才会有光电子射出发射的光电子的动能随频率的增大而增大，动能小时不能克服反向电压，也不能有光电流入射光的频率低于截止频率，不能产
18、生光电效应，与光照强弱无关，选项B正确，A错误；电路中电源正负极接反，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，D正确；光电效应的产生与光照时间无关，C错误6一束绿光照射某金属发生了光电效应，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
19、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正确选项有A、D.题组二光电效应方程及应用7产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是()A对于同种金属，Ek与照射光的强度无关B对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比C对于同种金属，Ek与照射光的时间成正比D对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系E对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系答案ADE解析EkhW0hW0，同种金属逸出功相同，最大初动能与照射光强度无关，与照射光的波长有关但不是反比例函数关系，最大初动能与入射光的频率成线性关系，不同种金属，保持入射光频率不变，最大初
20、动能Ek与逸出功成线性关系8(2014柳州高二检测)用不同频率的光分别照射钨和锌，产生光电效应，根据实验可画出光电子的最大初动能Ek随入射光频率变化的Ek图线已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功为3.34 eV，若将二者的图线画在同一个Ek坐标系中，则正确的图是()答案A解析根据光电效应方程EkhW0可知，Ek图象的斜率为普朗克常量h，因此图中两线应平行，故C、D错误；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子动能为零)时的入射光频率即极限频率由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的入射光的频率越高，所以能使金属锌发生光电效应的极限频率越高，所以A正确、B错误9.图1729已知金属锌
21、发生光电效应时产生的光电子的最大初动能Ek跟入射光的频率的关系图象如图1729中的直线1所示某种单色光照射到金属锌的表面时，产生的光电子的最大初动能为E1.若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大初动能为E2，E2E1，关于这种金属的最大初动能Ek跟入射光的频率的关系图象应是图中的()Aa BbCc D上述三条图线都不正确答案A解析根据光电效应方程知，Ek为一次函数，普朗克常量h是斜率，h是确定的值，虽然金属的逸出功不同，但两个Ek图象的斜率相同，两个直线平行，同时再利用EkhW0，结合图象E2E1，h相同，所以W1W2，即直线在纵轴上的截距W2大，故选A.10在光电效应实验中，某金属
22、的截止频率对应的波长为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.答案题组三综合应用11频率为的光照射到一种金属表面上，有电子从金属表面逸出，当所加反向电压U的大小增大到3 V时，光电流刚好减小到零已知这种金属的极限频率为c6.001014 Hz，因此入射光的频率_Hz.(电子电荷量e1.601019 C，普朗克常量h6.631034 Js)答案1.321015解析光电子的最大初动能EkeUc由爱因斯坦光电效应方程有Ekhhc联立得：c1.321015 Hz12分别用和的单色光照射同一金属，发出的光电子的最
23、大初动能之比为13.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是多大？答案解析设此金属的逸出功为W，根据光电效应方程得如下两式：当用波长为的光照射时：Ek1W当用波长为的光照射时：Ek2W又解组成的方程组得：W.13铝的逸出功为4.2 eV，现用波长200 nm的光照射铝的表面已知h6.631034 Js，求：(1)光电子的最大初动能；(2)遏止电压；(3)铝的截止频率答案(1)3.2251019 J(2)2.016 V(3)1.0141015 Hz解析(1)根据光电效应方程EkhW0有EkW0J4.21.61019 J3.2251019 J(2)由EkeUc可得UcV2.016 V.(3)hcW0知cHz1.0141015 Hz.
