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1、4.2光电效应 学案学习目标1.通过实验观察光电效应现象,知道光电效应的实验规律,知道光电效应是光的粒子性的实验证据2.知道爱因斯坦光电效应方程以及意义,并能用来解决简单问题3.了解康普顿效应和光子的动量4.能根据实验结论说明光具有波粒二象性,形成完整科学的物质观念预习知识点一:光电效应的实验规律科学探究 如图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.请结合装置图和电路图及产生的现象回答下列问题:(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,验电器指针都有张角,而用红光照射锌板,无论光的强度如何变化,验电器指针总无张角,这说明了金属能否发生光电效应,取决于入射光
2、的,与入射光的无关.(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,若增大电压,电流表示数不变,而光强增大时,电压不变,电流表示数会增大,这说明了保持入射光频率不变,发生光电效应时飞出的光电子个数只与有关.(3)在乙图中若加反向电压,当光强增大时,遏止电压不变,而入射光的频率增大时,遏止电压却增大,这一现象说明了光电子的能量与有关,与无关.请看课本第7172页“光电效应的实验规律”相关内容,完成下列填空:(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.光电子不是光子,而是电子.(3)光电效应的实验规律存在截止频率:当入射光的频率低
3、于截止频率时,发生光电效应.存在饱和电流:光电效应实验中,在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,光电流趋于一个.在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大,说明入射光越强,单位时间内发射的光电子数目越多.存在电压:使光电流减小到零的反向电压Uc.且满足12mevc2=eUc.光电效应具有:光电效应几乎是瞬时发生的.例1 (多选)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光照射时,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,入射光的强度变大,饱和电流变大B.入射光的频率变高,饱和电流变大C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变,不断减小
4、入射光的频率,始终有光电流产生变式 研究光电效应的电路如图所示. 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.在图中,光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中,正确的是()预习知识点二:光电效应经典解释中的疑难与爱因斯坦的光电效应理论物理观念 光电效应与经典电磁理论的矛盾按光的电磁理论,应有:(1)不存在截止频率,只要光足够强,电子都可以获得足够能量从而逸出表面.(2) 光越强,光电子的初动能应该越大,所以遏止电压Uc应该与光的强弱有关. (3) 如果光很弱,按经典电磁理论估算,电子需要几分钟到十几分钟的时间才能获得逸
5、出表面所需的能量,这个时间远远大于实验中产生光电流的时间.这三条都与光电效应的实验结果相矛盾.请看课本第7374页,完成下列填空:(1)逸出功:使电子脱离某种金属所做功的最小值叫作这种金属的逸出功.不同金属的逸出功,逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关.(2)爱因斯坦的光电效应理论光子:光本身是由一个个不可分割的组成的,这些能量子称为,频率为的光的能量子为h.其中h为普朗克常量.爱因斯坦光电效应方程表达式:h=Ek+W0或Ek=h-W0.物理意义:金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h,这些能量的一部分用于克服金属的,剩下的是电子逸出后的初动能Ek.科学推理 光子说对光电效应的解释(1)若
6、发生光电效应,则光电子的最大初动能必须大于零,即Ek=h-W00,亦即hW0,W0=c,而c=W0恰好是光电效应的.(2)由爱因斯坦光电效应方程知光电子的最大初动能与有关,与光强无关.遏止电压Uc与、W0的关系为Uc=e-W0e,所以遏止电压由决定,与光强无关.(3)电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积累能量的时间,所以光电效应的发生是瞬时的.(4)饱和电流与光照强度的关系:同种频率的光,光照强度越大,包含的光子数,照射金属时产生的越多,因而饱和电流越大.例2 (多选) 如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图像,由图像可知()A.该金属的逸出功为EB.入射光
7、频率为02时,产生的光电子的最大初动能为E2C.入射光频率为20时,产生的光电子的最大初动能为2ED.该图线的斜率表示普朗克常量h变式 用波长为300 nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.2810-19 J.已知普朗克常量为6.6310-34 Js,真空中的光速为3.0108 ms-1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A.11014 HzB.81014 HzC.21015 HzD.81015 Hz预习知识点三:康普顿效应和光子的动量请看课本第76页“康普顿效应和光子的动量”相关内容,完成下列填空:(1)光的散射:光在介质中与物质微粒相互作用,使光的传播方向的现象.(
8、2)康普顿效应:在散射的光中,除了与入射波长0相同的成分外,还有波长的成分.(3)光子的动量表达式:.例3 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.若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,且预习知识点四:光的波粒二象性物理观念 对光的波粒二象性的理解项目实验基础表现说明波动性干涉和衍射(1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述(2)足够能量的光在传播时,表现出波的性质(1)光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互作用产生的(2)光
9、的波动性不同于宏观观念的波粒子性光电效应、康普顿效应(1)当光同物质发生作用时,这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性(1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的(2)光子不同于宏观观念的粒子例4 (多选)关于光的波粒二象性,下列说法正确的是()A.大量光子产生的效果往往显示出波动性,个别光子产生的效果往往显示出粒子性B.光在传播时往往表现出波动性,在跟物质作用时往往表现出粒子性C.频率大的光比频率小的光的粒子性强,但波动性弱D.频率大的光比频率小的光的波动性强,但粒子性弱【巩固诊断】1.(光电效应现象)如图所示,把一块不带电的锌板用导线连接在验电
10、器上,当用某频率的紫外线照射锌板时,发现验电器指针偏转一定角度,下列说法正确的是()A.验电器带正电,锌板带负电B.验电器带负电,锌板也带负电C.若改用红光照射锌板,验电器的指针一定也会偏转D.若改用同等强度频率更高的紫外线照射锌板,验电器的指针也会偏转2.(光子说) 已知h为普朗克常量,c、l和分别为真空中的光速、波长和频率,则根据爱因斯坦光子说,一个光子的能量等于()A.cB.cC.hD.3.(波粒二象性的理解)(多选)对于光的认识,以下说法正确的是()A.有的光是波,有的光是粒子B.光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的C.光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现
11、出粒子性时,就不具有波动性了D.光的波粒二象性应理解为:在某种场合下,光的波动性表现明显,在另外某种场合下,光的粒子性表现明显4.(康普顿效应)白天的天空各处都是亮的,是大气分子对太阳光散射的结果.假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后,电子向某一个方向运动,光子沿另一方向散射出去,则这个散射光子跟原来的光子相比()A.频率变大B.频率不变C.光子能量变大D.波长变长5.(光电效应方程的应用)(多选)在光电效应实验中,分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub,光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量.下列说法正确的是()A.若ab,则一定有Uab,则一定有EkaEkbC.若UaUb,则一定有Ekab,则一定有ha-Ekahb-Ekb