新教材人教版高中物理選擇性必修第三冊 4.2光電效應 教學課件

1、第四章 原子結構和波粒二象性4.2 光電效應1.了解光電效應及其實驗規(guī)律,以及光電效應與電磁理論的矛盾。2.知道愛因斯坦光電效應方程及應用。3.了解康普頓效應及其意義,了解光子的動量。4.理解光的波粒二象性及其對立統(tǒng)一的關系,會用光的波粒二象性分析有關現(xiàn)象。學習目標 把一塊鋅板連接在驗電器上，并使鋅板帶負電，驗電器指針張開。用紫外線燈照射鋅板，觀察驗電器指針的變化。 這個現(xiàn)象說明了什么問題？新課導入一、光電效應的實驗規(guī)律1、研究光電效應的電路圖陰極K和陽極A是密封在真空玻璃管中的兩個電極。K在受到光照時能夠發(fā)射光電子陽極A吸收陰極K發(fā)出的光電子，形成光電流，光電流越大，說明光電效應越強。左圖中

2、所加的電壓為正向電壓，即A極的電勢高于K極的電勢。光電子從陰極K逸出后，在AK之間被電場加速。陰極K與陽極A之間電壓U的大小可以調整，電源的正負極也可以對調。窗口I新課講解1、存在飽和電流在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流趨于一個飽和值。在光的頻率不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大。這說明，在一定的光照條件下，單位時間內(nèi)陰極K發(fā)射的光電子的數(shù)目是一定的，電壓增加到一定值時，所有光電子都被陽極A吸收，這時即使再增大電壓，電流也不會增大。這說明，對于一定頻率（顏色）的光，入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。3、存在截止頻率（紅限）：vc跟材料有關 大量實驗表明：入射光的頻

3、率必須高于某一極限頻率才能發(fā)生光電效應。4、光電效應具有瞬時性 實驗發(fā)現(xiàn)：無論入射光多弱，都會在照射到金屬時立即產(chǎn)生光電子，精確測量表明這個時間W0產(chǎn)生光電效應hv02、光的散射經(jīng)典解釋 入射的電磁波引起物質內(nèi)部帶電微粒的受迫振動，振動著的帶電微粒進而再次產(chǎn)生電磁波，并向四周輻射，這就是散射波。散射的X射線頻率應該等于帶電粒子受迫振動的頻率，也就是入射X射線的頻率。相應地，X射線的波長也不會在散射中發(fā)生變化。3、光子模型解釋康普頓效應 光子不僅具有能量，而且具有動量，光子的動量p與光的波長和普朗克常量h有關：波長變長的解釋：P 五、光的波粒二象性1、人類對光的認識過程牛頓光的微粒說光是實物粒子

4、惠更斯和托馬斯楊的光的波動說光是振動形式在媒質的傳播波到麥克斯韋的光的電磁理論光是電磁波愛因斯坦的光子理論光是能量子即光子干涉衍射表明光是一種波表明光是一種粒子光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。2、光的波動性和光的粒子性光電效應康普頓散射3、光的粒子性和波動性是相對的波粒二象性傳播的過程中，表現(xiàn)出波動性波長較長時，表現(xiàn)出波動性波長較短時，表現(xiàn)出粒子性與物體相互作用時，表現(xiàn)出粒子性 光的粒子性和波動性是在不同條件下的表現(xiàn)光電效應方程：EK=hv-W0 密立根驗證光電效應方程：3、愛因斯坦的光電效應理論光本身就是由一個個不可分割能量子組成的。每一份稱為光量子。E = h5、光的波粒

5、二象性1.光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。2.傳播的過程中，表現(xiàn)出波動性；與物體相互作用時，表現(xiàn)出粒子性。3.波長較長時，表現(xiàn)出波動性；波長較短時，表現(xiàn)出粒子性。4、康普頓效應和光子動量 康普頓效應：在散射的X射線中，除了與人射波長0相同的成分外，還有波長大于0的成分。光子【例題1】在演示光電效應實驗中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗電器相連，用紫外線燈照射鋅板時，驗電器的指針張開一個角度，如圖所示，下列說法正確的是（ ）A.驗電器的指針帶正電B.若僅增大紫外線的頻率，則鋅板的逸出功增大C.若僅增大紫外線燈照射的強度，則單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)減少D.若僅減小紫外線燈照射的強度

6、，則可能不發(fā)生光電效應A典例分析解析： 鋅板原來不帶電，用紫外線燈照射鋅板時，驗電器的指針發(fā)生了偏轉，說明鋅板在紫外線燈的照射下發(fā)生了光電效應，發(fā)生光電效應時，鋅板向空氣中發(fā)射電子，所以鋅板帶正電，驗電器的指針也帶正電，故A正確；金屬的逸出功與金屬本身的材料有關，與外界光的頻率無關，故B錯誤；增大紫外線燈照射的強度，即單位時間內(nèi)照在梓板上的光子數(shù)增多，所以單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)增多，故C錯誤；能否發(fā)生光電效應與光照強度無關，取決于入射光的頻率和金屬截止頻率之間的關系，故D錯誤。【例題2】圖甲是光電效應的實驗裝置，圖乙是光電流與加在陰極K和陽極A上的電壓的關系。根據(jù)乙圖中的曲線，可知（）A.在

7、光的顏色不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大B.對某種確定的金屬來說，其遏止電壓只由入射光的頻率決定C.遏止電壓越大，說明從該金屬中逃出來的光電子的最大初動能越大D. 只要增大電壓，光電流就會一直增大AC解析：由乙圖中黃光的曲線可知，入射光越強，飽和電流越大，A正確；由乙圖中黃光的曲線可知，遏止電壓與光的強弱無關，比較黃光和藍光，因為藍光的頻率大于黃光的頻率， 而圖中藍光的遏止電壓大于黃光的遏止電壓，故B正確；根據(jù)Ekm=eUc可知，遏止電壓越大，說明從該金屬中逃出來的光電子的最大初動能越大，故C正確；增大電壓，當電壓增大到一定值，電流達到飽和電流，不再增大，故D錯誤?！纠}3】用如圖所示的

8、裝置研究光電效應現(xiàn)象，當用某種頻率的光照射到光電管上時，電流表 的讀數(shù)為I。則（ ）A.將開關S斷開，也會有電流流過電流表B.將變阻器的觸點c向a移動，光電子到達陽極時的速度必將變小C.如果減小入射光的光強，光電管中可能不會有光電子產(chǎn)生D.如果將電池極性反轉，光電管中可能不會有光電子產(chǎn)生A解析：開關S斷開，由于仍能發(fā)生光電效應，光電子仍能到達陽極，故也會有電流流過電流表，故A正確；將變阻器的觸點c向a移動，所加正向電壓增大，則光電子到達陽極時的速度必將變大，故B錯誤；只要光的頻率不變，就能發(fā)生光電效應，即光電管中有光電子產(chǎn)生，故C錯誤；將電池極性反轉，光電管中仍然有光電子產(chǎn)生，只是電流表讀數(shù)可

9、能為零，故D錯誤?！纠}4】三束單色光1、2和3的波長分別為1、2和3(123).分別用這三束光照射同一種金屬.已知用光束2照射時，恰能產(chǎn)生光電子.下列說法正確的是（ ）A.用光束1照射時，不能產(chǎn)生光電子B.用光束3照射時，不能產(chǎn)生光電子C.用光束2照射時，光越強，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多D.用光束2照射時，光越強，產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大AC解析：由于用光束2照射時，恰能產(chǎn)生光電子，因此用光束1照射時，不能產(chǎn)生光電子，而用光束3照射時，一定能產(chǎn)生光電子，故A正確，B錯誤；用光束2照射時，光越強，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多，而由光電效應方程EkhW0可知，光電子的最大初動能與光的

10、強弱無關，故C正確，D錯誤?！纠}5】如圖所示是光電效應實驗部分示意圖。當用光子能量為h3.1 eV的光照射其金屬制成的極板K時，產(chǎn)生光電流。若K的電勢高于A的電勢，且電勢差為0.9 V，此時光電流剛好截止。那么，當A的電勢高于K的電勢，且電勢差也為0.9 V時，光電子到達A極時的最大動能是多大？此金屬的逸出功是多大？解析：設光電子逸出時最大初動能為Ek，到達A極的最大動能為Ek當A、K間所加反向電壓為0.9 V時，由動能定理有eUEk 得Ek0.9 eV當A、K間所加正向電壓為0.9 V時，由動能定理有eUEkEk 得Ek1.8 eV由光電效應方程有EkhW0得W02.2 eV.【例題6】美

11、國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，用X光對靜止的電子進行照射，照射后電子獲得速度的同時，X光光子的運動方向也會發(fā)生相應的改變。下列說法正確的是（ ）A.當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把部分動量轉移給電子，因此光子散射后頻率變大B.康普頓效應揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外還具有動量C.X光散射后與散射前相比，速度變小D.散射后的光子雖然改變原來的運動方向，但頻率保持不變B解析：在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把部分動量轉移給電子，則光子動量減小，但速度仍為光速C?！纠}7】(多選)下列有關光的波粒二象性的說法中，正確的是（ ）A.有的光是波，有的光是粒子B

12、.光子與電子是同樣的一種粒子C.光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D.康普頓效應表明光具有粒子性CD解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些現(xiàn)象(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動性，光的有些現(xiàn)象(如光電效應、康普頓效應)表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子，A錯誤；電子是實物粒子，有靜止質量，光子不是實物粒子，沒有靜止質量，電子是以實物形式存在的物質，光子是以場形式存在的物質，所以，不能說光子與電子是同樣的一種粒子，B錯誤；光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，粒子性就越顯著，C正確；康普頓效應表明光具有粒子性，D正確。1、不帶電的鋅板和驗電器用導線相

13、連.若用甲燈照射鋅板，驗電器的金屬箔片不張開；若用乙燈照射鋅板，驗電器的金屬箔片張開，如圖所示，則與甲燈相比，乙燈發(fā)出的光（ ）A.頻率更高B.波長更大C.光強更強D.速度更大解析：由題圖可知，甲燈沒有使鋅板產(chǎn)生光電效應，但乙燈使鋅板發(fā)生了光電效應，故乙燈發(fā)出的光頻率更高，波長更短，光電效應發(fā)生與否與光強無關，同種介質中光的傳播速度相同，故A正確，B、C、D錯誤.A當堂小練2、對光電效應現(xiàn)象的理解，下列說法正確的是（ ）A.當某種單色光照射金屬表面時，能產(chǎn)生光電效應，如果入射光的強度減弱，從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B.若發(fā)生了光電效應且入射光的頻率一定時，光強越強

14、，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多C.無論光強多強，只要光的頻率小于截止頻率就能產(chǎn)生光電效應D.以上說法都不正確B解析：光電效應具有瞬時性，從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔與光的照射強度無關，故A錯誤；在發(fā)生光電效應的情況下，頻率一定的入射光的強度越強，單位時間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目越多，故B正確，D錯誤；每種金屬都有它的截止頻率c，只有入射光子的頻率大于等于截止頻率c時，才會發(fā)生光電效應，故C錯誤.3、用波長為300 nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.281019 J.已知普朗克常量為6.631034 Js，真空中的光速為3.00108 ms1.能使鋅產(chǎn)生光電效應的單色光的最低頻率約為（ ）A.11014 Hz B.81014 HzC.21015 Hz D.81015 HzB解析：設單色光的最低頻率為0，由EkhW0知2、(多選)在光電效應實驗中，分別用頻率為a、b的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb.h為普朗克