高中物理 第十七章 波粒二象性 第2节 光的粒子性学案 新人教版选修3-5

2光的粒子性1了解光电效应及其实验规律。2知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。3了解康普顿效应及其意义。早晚霞的颜色都是橘红色的，这是为什么呢？提示：是光散射的结果。1光电效应的实验规律(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，这种现象称为光电效应现象。逸出的电子又称为_。(2)光电效应的实验规律：存在着_电流，表明入射光强度一定，金属表面单位时间发射的光子数_。入射光越强，饱和电流_，表明入射光越强，单位时间内发射的光电子数_。存在着_电压和截止频率，遏止电压的存在意味着光电子具有一定的_。当入射光的频率_截止频率时，不论光多么强，光电效应都不会发生。光电效应具有_。光电效应几乎是瞬时的，不超过109 s。任何金属都有一个截止频率或极限频率c，入射光的频率必满足：_c才能发生光电效应。(3)逸出功：电子从金属逸出所需做功的_叫做该金属的_，用W0表示，不同金属的逸出功_。思考：利用光电效应现象能制作传感器吗？2爱因斯坦的光电效应方程(1)光子说：光不仅在_和_时能量是一份一份的，是不连续的，而且光本身就是由一个个不可分割的_组成的，频率为的光的能量子为_，每一个光的能量子被称为一个_，这就是爱因斯坦的光子说。(2)爱因斯坦光电效应方程：在光电效应中，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来克服金属的_，剩下的表现为逸出的光电子的_，公式表示为_。(3)爱因斯坦解释光电效应：光电子的最大初动能与入射光的_有关，与光的强弱无关。只有hW0时，才有光电子逸出，c就是光电效应的截止频率。电子一次性吸收光子的_，不需要积累能量的时间，光电流几乎是瞬时的。对于频率相同的光，光较强时，包含的_较多，照射金属时产生的_多，因而饱和电流大。3康普顿效应(1)在光的散射中，除了与入射波长0相同的成分外，还有波长_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，深入揭示了光的_性的一面。4光子的动量光子的动量p_，其中h为普朗克常量，为_。答案：1(1)电子光电子(2)饱和一定越大越多遏止初动能小于等于瞬时性(3)最小值逸出功不同思考提示：光电效应现象的实质是光现象转化为电现象，利用光电效应现象可以制作光电传感器。2(1)发射吸收能量子h光子(2)逸出功W0初动能EkEkhW0(3)频率全部能量光子数光电子3(1)大于(2)粒子4.光的波长一、光电效应中应区分的概念1光子与光电子光子是指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，光子是光电效应的因，光电子是果。2光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。3光电流和饱和光电流金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值就是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。4入射光强度与光子能量入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，光子能量即每个光子的能量。光子总能量等于光子能量与入射光子数目的乘积。二、对光电效应方程hW0mev2的理解1公式中的mev2是光电子的最大初动能，对某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0mev2范围内的任何数值。2光电效应方程实质上是能量守恒方程。能量为h的光子被电子所吸收，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mev2，根据能量守恒定律可知：hW0mev2。3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恰好是金属的极限频率。4Ek曲线。如图所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率的变化曲线。这里，横轴上的截距是极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量。类型一 光电效应规律的理解和应用【例题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从光照射金属表面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解析：根据光电效应的实验规律知，从光照射金属表面到光电子发射的时间间隔极短，这与光的强度无关，故选项A错误；实验规律还指出，逸出光电子的最大初动能与入射光频率有关，光电流与入射光强度成正比，由此可知，选项B、D错误，C正确。答案：C题后反思：对光电效应问题要注意：(1)逸出功和极限频率由金属本身决定；(2)入射光的频率决定光电子的最大初动能；(3)光电流的强弱与入射光的强度成正比。类型二 爱因斯坦光电效应方程的应用【例题2】 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。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是()。解析：入射光的频率相同，则光电子的最大初动能相同，由eUmv知，两种情况下遏止电压相同，故选项A、B错误；光电流的强度与入射光的强度成正比，所以强光的光电流比弱光的光电流大，故选项C正确，选项D错误。答案：C题后反思：由爱因斯坦光电效应方程可知：光电子的最大初动能由入射光的频率和金属材料的逸出功决定；光电流的强度与入射光的强度成正比。1下列对光子的认识，正确的是()。A光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的粒子B光子说中的光子就是光电效应中的光电子C在空间中传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子D光子的能量跟光的频率成正比2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，光电效应才能产生B光电子的最大初动能跟入射光强度成正比C发生光电效应的反应时间一般都大于107 sD发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比3对光电管加反向电压，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。合上开关，调节滑动变阻器，发现电压表示数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；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 eVB0.6 eVC5 eV D3.1 eV4某金属的逸出功为2.3 eV，这意味着()。A这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离金属表面B这种金属表层的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离金属表面C要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量必须大于2.3 eVD这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3 eV答案：1CD根据光子说，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子，而牛顿的微粒说中的微粒指的是宏观世界的微小颗粒，光电效应中的光电子指的是金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚，逸出金属表面的粒子，故A、B选项错误，C选项正确。由h知，光子能量与其频率成正比，故D选项正确。2D由h知，当入射光波长小于极限波长时，发生光电效应，故选项A错误。由EkhW0知，最大初动能由入射光频率决定，与光的强度无关，故选项B错误。发生光电效应的时间一般不超过109 s，故选项C错误。3A由题意可知，该光电管的反向截止电压为Uc0.6 V，光电子的最大初动能Ek0.6 eV，由爱因斯坦光电效应方程得：W0hEk2.5 eV0.6 eV1.9 eV。4B逸出功是指原子的外层电子脱离原子核克服引力所做的功。5