高中物理 第十七章 第二节 科学的转折：光的粒子性学案 新人教版选修3-5

高中物理 第十七章 第二节 科学的转折：光的粒子性学案 新人教版选修3-5

第十七章 波粒二象性 ‎ ‎2科学的转折：光的粒子性 ‎【学习目标】‎ ‎1．了解光电效应及其实验规律，感受以实验为基础的科学研究方法。‎ ‎2．知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，感受科学家在面对科学疑难时的创新精神。‎ ‎3．了解康普顿效应及其意义。‎ ‎【重点难点】‎ ‎1．光电效应的实验规律。‎ ‎2．用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应规律。‎ ‎【课前预习】‎ ‎1．光电效应 ‎（1）在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射 的现象叫做光电效应。‎ ‎（2）光电效应实验中，金属受光照射后从表面发射出来的电子叫 电子，实质上光电子是获得了光的能量的电子，并不是其它粒子。‎ ‎2．光电效应的实验规律 ‎（1）饱和电流的大小与 成正比，也就是单位时间内逸出的光电子数目与入射光的强度成正比（如图用相同频率不同强度光照射阴极K得到的I-U图象）。‎ ‎（2）光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光的强度无关，而只与 有关，频率越高，光电子的初动能（或遏止电压）就越大，关系式为。‎ ‎（3）频率低于的入射光，无论光的强度多大，照射时间多长，都不能使光电子逸出。即存在 。‎ ‎（4）光的照射和光电子的逸出几乎是 ，在测量的精度范围内（<）观察不出这两者间存在滞后现象。‎ ‎3．光电效应解释中的疑难 ‎（1）矛盾之一：光的能量与 有关，而不是由 决定。这个问题曾使物理界大为困惑，使经典的光的波动理论面临挑战。‎ ‎（2）矛盾之二：光电效应产生的时间极短，电子吸收光的能量是 完成的，而不像波动理论所预计的那样可能。‎ ‎4．爱因斯坦的光电效应方程。‎ ‎（1）光子说：光不是 的，而是一份一份的，每一份光叫一个光子，一个光子的能量为 。‎ ‎（2）逸出功：使电子脱离某种金属所做功的 ，用表示，不同金属的逸出功不同。‎ ‎（3）光电效应方程为 。‎ ‎5．康普顿效应 ‎（1）光的散射：光在介质中与 相互作用，光的传播 发生改变的现象叫做光的散射。‎ ‎（2）康普顿效应：在散射线中，除有与入射波长 的射线外，还有波长比入射波长_______的射线，人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应。‎ ‎6．光子的动量 在狭义相对论中：一定的质量m与一定的能量E相对应，即 。由此可推出光子的动量的表达式为 。‎ ‎【预习检测】‎ ‎1．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用紫外灯照射锌板时，验电器的指针就张开了一个角度，如图所示，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．锌板带负电，指针带正电 D．锌板带负电，指针带负电 ‎2．某种单色光照射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．换用频率较低的光照射 C．增大光的强度 D．换用波长较短的光照射 ‎3．用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应，现将该单色光的强度减弱，则（ ）‎ A．光电子的最大初动能不变 B．光电子的最大初动能减少 C．单位时间内产生的光电子数减少 D．可能不发生光电效应 ‎4．关于光电效应,以下说法正确的是（ ）‎ A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B．光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强 C．能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功 ‎ D．用频率是的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是的黄光照射该金属一定不发生光电效应 ‎5．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向 运动（填“‎1”‎、“‎2”‎、“‎3”‎）,并且波长 （填“不变”“变小”或“变长”）。‎ ‎6．紫外线光子的动量为，一个静止的吸收了一个紫外线光子后（ ）‎ A．仍然静止 B．沿着光子原来运动的方向运动 C．沿光子运动相反方向运动 D．运动方向不能确定 参 考 答 案 ‎【课前预习】‎ ‎1.（1）电子， （2）光 ‎2．（1）入射光的强度， （2）入射光的频率， （3）截止频率， （4）同时的 ‎3．（1）频率，振幅； （2）瞬时 ‎4．（1）连续，， （2）最小值， （3）‎ ‎5．（1）物质粒子，方向， （2）相同，长 ‎6．‎ ‎【预习检测】‎ ‎1．B， 2．D， 3．AC， 4．C， 5．1，变长， 6．D ‎▲堂中互动▲‎ ‎【典题探究】‎ ‎【例1】如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，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 （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〗（1）当用紫外光照射锌板时，锌板发生光电效应，放出光电子而带上了正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，从而指针发生了偏转。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转减小。‎ ‎（2）使验电器指针回到零，用钠灯黄光照射，验电器指针无偏转，说明钠灯黄光的频率小于截止频率，红外光比钠灯黄光的频率还要低，更不可能发生光电效应。能否发生光电效应与入射光的强度无关。‎ ‎【例2】分别用和的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1：2。以表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？‎ ‎〖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：‎ 当用波长为的光照射时：‎ 又，解得 ‎【例3】某同学为了测量普朗克常量，利用研究光电效应的电路，用能够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的光来进行实验，测出了遏止电压图象如图所示，根据图象，可测得普朗克常量为 。‎ ‎〖解析〗‎ 根据电场力做功特点 所以 即 直线的倾斜程度反应了的大小，所以 ‎ ‎