高中物理 17_2 光的粒子性学案 新人教版选修3-5

课时17.2光的粒子性1.知道光电效应，通过实验了解光电效应实验规律。2.了解爱因斯坦光子说，并能够用它来解释光电效应现象。3.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，并能利用它解决一些简单问题。4.了解康普顿效应，了解光子的动量。1.光电效应在光(包括不可见光)的照射下物体发射出电子的现象叫作光电效应，发射出来的电子叫作光电子。2.光电效应的实验规律(1)存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。若光的颜色不变，入射光越强，饱和电流越大，饱和电流与光强成正比。即入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。(2)存在遏止电压和截止频率(或极限频率)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度，即me=eUc。截止频率：当入射光的频率减小到某一数值c时，不加反向电压也没有光电流，这表明已经没有光电子了，c称为截止频率。入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。(3)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。(4)光电效应具有瞬时性，光照在金属上，产生光电流的时间不超过10-9s。3.光电效应方程(1)光子说：光在空间的传播是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子;光子的能量=h(是光的频率)。(2)爱因斯坦的光电效应方程h=Ek+W0。式中W0叫作逸出功，当初动能为零时，可得截止频率为。4.康普顿效应(1)光的散射：光通过介质时，因与物质微粒相互作用，使传播方向发生改变，从侧面可以看到光的现象叫作光的散射。(2)康普顿效应：美国物理学家康普顿研究X射线通过物质时的散射现象发现，在散射的射线中，除了有与入射波长0相同的成分外，还有大于0的成分，这一现象称为康普顿效应。5.光子的动量光子既有能量，又有动量，其动量表达式为p=。主题1：探究光电效应情景：图示是教材中的“演示”实验图，用紫外线灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连)，使验电器张角增大到约为30时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。请阅读教材相关内容，回答下面的问题。问题：上述实验说明了什么，你知道其中的奥秘吗?主题2：爱因斯坦光电效应方程情景：用经典电磁理论来解释光电效应，存在很多问题。如：遏止电压与光的强弱有关，不应存在截止频率;产生光子的时间可以很长，不必具有瞬时性等。阅读教材中的相关内容，回答下面的问题。问题：爱因斯坦是如何解决这些矛盾的?如何用爱因斯坦的光子说解释光电效应的实验规律?主题3：康普顿效应和光子的动量情景：阅读教材中“康普顿效应”和“光子的动量”两部分内容，请思考下面的问题。问题：什么是康普顿效应?康普顿效应如何解释?康普顿效应说明了什么?1.(考查科学方法)爱因斯坦根据光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出了光子说。从科学研究的方法来说，这属于()A.等效替代 B.科学假说C.控制变量D.数学归纳2.(考查光电效应规律)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3.(考查光电效应方程)关于爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0，下面理解正确的是()A.只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能EkB.式中的W0表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功C.逸出功W0和截止频率0之间应满足关系式W0=h0D.光电子的最大初动能和入射光的频率成正比4.(考查光电流规律)如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表示数不为零。合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表示数小于0.60 V时，电流表示数仍不为零;当电压表示数大于或等于0.60 V时，电流表示数为零。由此可知阴极材料的逸出功为()A.1.9 eV B.0.6 eVC.2.5 eV D.3.1 eV拓展一：光电效应现象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。用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，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，指针带负电拓展二：爱因斯坦光电效应方程2.由爱因斯坦光电效应方程可以画出光电子的最大初动能和入射光的频率的关系，如图所示，以下说法正确的是()A.0表示截止频率B.P的绝对值等于逸出功C.直线的斜率表示普朗克常量h的大小D.图线表明最大初动能与入射光频率成正比拓展三：光子的动量3.光子有能量，也有动量p=，它也遵守有关动量的规律。如图所示，真空中有一“”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片，右边是和左边大小、质量均相同的圆形白纸片。当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于此装置开始时的转动情况(俯视)，下列说法中正确的是()A.顺时针方向转动 B.逆时针方向转动C.都有可能 D.不会转动参考答案知识体系梳理电子电子饱和值越大越多初速度低于无关增大瞬时性hh=Ek+W0c=改变大于0p=重点难点探究主题1：实验表明锌板在紫外线灯照射下失去电子而带正电，照射到金属表面的光(包括不可见光)能使金属中的电子从表面逸出，这个现象叫光电效应，逸出的电子叫光电子。主题2：爱因斯坦提出了光子说，成功地解释了光电效应现象。光子说的基本内容是光的能量传播不连续;每一份称为一个光子;每个光子的能量为=h，其中h=6.6310-34 Js。爱因斯坦光电效应方程：在光电效应中，金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功W0上，另一部分变为光电子逸出后的动能Ek 。由能量守恒可得出：h=Ek+W0，W0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功，Ek为光电子的最大初动能。主题3：康普顿在做 X射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射光波长和散射物质都无关。这种现象，称为康普顿散射。按经典电磁理论，散射光的波长与入射光波长相等。康普顿用光子说成功地解释了这种现象，即光子与电子相碰撞是弹性碰撞，能量守恒、动量守恒，可以计算出散射光波长的变化。光子的动量大小p=。基础智能检测1.B2.AD3.C4.A全新视角拓展1.B【解析】在弧光灯发出的光照射下，与锌板相连的验电器指针张开一个角度，这说明锌板带了电，发生了光电效应。锌板在光的照射下，失去了电子，锌板带正电。与锌板相连的验电器是通过接触带电来检验带电情况的装置，因此指针带正电。选项B正确。2.ABC【解析】由爱因斯坦光电效应方程h=Ek+W0可知，当Ekm=0时，c=即为某金属的截止频率;当=0时，Ekm=-W0，可见P的绝对值就是该金属对应的逸出功;而该直线的斜率tan =h，即为普朗克常量。故A、B、C正确。3.B【解析】光照射到黑纸片上被吸收，照射到白纸片上被反射，因此白纸片受到的冲量大，装置逆时针转动。故正确选项为B。