光的粒子性学案原.docx

17、2光的粒子性 学案
【学习目标】
识记：了解光电效应的实验规律。
理解：爱因斯坦光电效应方程以及意义。
运用：了解康普顿效应，了解光子的动量。
【重点难点】
光电效应的实验规律
爱因斯坦光电效应方程以及意义
一光究竟是什么
托马斯。杨、等观察到了光的干涉、衍射和偏振现象说明光具有 性。
二、 光电效应现象及实验规律

1、光电效应现象：在光的照射下物体________的现象，发射出来的电子叫做__________。
2、光电效应的实验规律
（1存在____电流。在一定的光照条件下，随着所加电压的____，光电流趋于一个饱和值，入射光越强，饱和电流____，即入射光越强时，单位时间内发射的光电子数目______。
（2）存在着______电压和______频率。
(a) 只有施加______电压且达到某一值时才会使光电流为零，这一电压称为____电压，______电压的存在说明光电子具有一定的____。初速度的上限vc应该满足___________
(b) 实验表明，对一定颜色（频率）的光，无论光的强度如何，遏止电压都是一样的。光的频率v改变时，遏止电压Uc也会改变。这表明光电子的能量只与入射光的______有关，而与入射光的无关
（c) 当入射光的频率减小到某一数值vc时，即使不施加反向电压也没有光电流，这表明已经没有光电子了。Vc称为_________或________.当入射光的频率低于________时不发生光电效应。不同的金属的截止频率不同。
（3）光电效应具有______。当入射光频率超过截止频率ν0时，无论光怎样微弱，产生电流的时间不超过______，光电效应几乎是瞬时的。
3、使电子从金属中逸出所需做功的______叫做这种金属的逸出功，不同金属的逸出功____。
四、爱因斯坦的光量子假设

1、内容：
光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的 组成的。频率为ν的光的能量子为 ，这些能量子称为 。（h为普朗克常量）
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了光子的能量，一部分消耗在电子 ，另一部分变为光电子逸出后的 。由能量守恒可得出：
W0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功
Wk为光电子的最大初动能。
爱因斯坦光电效应方程：
3、爱因斯坦对光电效应的解释：
①光强大，光子数 ，释放的 也多，所以光电流也 。
②电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的 。
③从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系
④从光电效应方程中，当初动能为零时，可得截止频率：
3、密粒根实验：求普朗克常量

（1）在上图中作出UC-V图像
（2）根据爱因斯坦光电效应方程和遏制电压与光电子最大初动能关系式写出UC与V的函数表达式
（3）图像的斜率表示
（4）求出h
(5)这种金属的截止频率怎么求？

五、康普顿效应
1、光的散射：光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向______的现象。
2、康普顿效应：在光的散射中，除了与入射波长λ0____的成分外，还有波长____λ0的成分，这个现象叫做康普顿效应。
3、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。光子的动量：p=________。
【课堂练习】
例题1、关于光的本性，下列说法中正确的是（ ）
A．光电效应反映光的粒子性
B．光子的能量由光的强度所决定
C．光子的能量与光的频率成正比
D．光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份光叫做一个光子
例题2现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa＞λb＞λc．用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应．若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以断定（　　）
A．a光束照射时，不能发生光电效应
B．c光束照射时，不能发生光电效应
C．a光束照射时，释放出的光电子数目最多
D．c光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小
故选A．
练习1关于光电效应现象，下列说法中正确的是（　　）
A．在光电效应现象中，入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大
B．在光电效应现象中，光电子的最大初动能与照射光的频率成正比
C．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于此波长，才能产生光电效应
D．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应
故选：C
例题3铝的逸出功是4.2ev，现将波长200nm的光照射铝的表面。
（1）求光电子的最大初动能
（2） 求遏止电压。
（3） （3）求铝的截止频率

练2、某金属受到频率为1=7.0×1014 Hz的紫光照射时，释放出来的光电子最大初动能是0.69 eV，当受到频率为2=11.8×1014 Hz的紫外线照射时，释放出来的光电子最大初动能是2.69 eV.求：（1）普朗克常量； （2）该金属的逸出功和极限频率.

例题4.研究光电效应规律的实验装置如图16-1所示,以频率为ν的光照射光电管阴极K时,有光电子产生.由于光电管K、A间加的是反向电压,光电子从阴极K发射后将向阳极A作减速运动.光电流i由图中电流计G测出,反向电压U由电压表V测出.当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为反向截止电压U0.在下列表示光电效应实验规律的图像中,错误的是（ ）

图16-1

图16-2
答案:B

练习3．如图所示是光电管应用的原理图，电路中产生了光电流，下列说法正确的是 （ ）
A 入射光的强度越大，光电流就越大
B 入射光的强度越大，产生光电流越快
C 光电管两端的电压越高，光电流就越大
D 如果把图中电池的正负极交换，电路中一定没有电流

练习
1、下列关于光电效应的说法正确的是（   ）
A．若某材料的逸出功是W，它的极限频率为h/W  B．光电子的初速度和照射光的频率成正比
C．光电子的最大初动能和照射光的频率成正比
D．光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大
2、一金属表面，受绿光照射时发射出电子，受黄光照射时无电子发射．下列有色光照射到这金属表面上时会引起光电子发射的是（ ）
A．紫光 B．橙光 C．蓝光 D．红光
7、用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大应（ ）
A．改用红光照射 B．增大绿光的强度 C．增大光电管上的加速电压 D．改用紫光照射
3、用一束绿光照射某金属，能产生光电效应，现在把人射光的条件改变，再照射这种金属．下列说法正确的是（ ）
A．把这束绿光遮住一半，则可能不产生光电效应
B．把这束绿光遮住一半，则逸出的光电子数将减少
C．若改用一束红光照射，则可能不产生光电效应
D．若改用一束蓝光照射，则逸出光电子的最大初动能将增大
4、用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率变，而减弱光的强度，则（ ）
A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小
C．逸出的光电子数木变，光电子的最大初动能减小
D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子选出了
5、用如图所示的装置演示光电效应现象．当用某种频率的光照射到光电管上时，电流表G的读数为．若改用更高频率的光照射，此时（ ）
A．将电池正的极性反转，则光电管中没有光电子产生
B．将电键S断开，则有电流流过电流表G
C．将变阻器的触点向移动，光电子到达阳极时的速度必将变小
D．只要电源的电动势足够大，将变阻器的触点向端移动，电流表G的读数必将变大
6、下图是光电效应实验示意图．当能量为的光照射金属K时，产生光电流．若K的电势高于A的电势，且电势差为，光电流刚好截止．那么当A的电势高于K的电势，且电势差也为时，光电子到达A极的最大动能是多大？此金属的逸出功率是多大？

7已知锌的逸出功为3.34 eV，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s，求该紫外线的波长λ（电子质量me=9.11×10-31 kg，普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,1 eV=1.60×10-19 J ）.
解析：（1）爱因斯坦提出了光子学说很好地解释了光电效应. ①
根据爱因斯坦光电效应方程hc/λ=W+ ②
所以λ=2.01×10-7 m.
8.已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0（ ）
A.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子
B.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生光电子的最大初动能为hν0
C.当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大
D.当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍

答案：AB
9.某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV,用波长为2.5×10-7 m的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3.0×108 m/s，元电荷为1.6×10-19 C,普朗克常量为6.63×10-34 J·s，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大动能应分别是（ ）
A.5.3×1014 Hz,2.2 J B.5.3×1014 Hz,4.4×10-19 J
C.3.3×1033 Hz,2.2 J D.3.3×1033 Hz,4.4×10-19 J
答案：B
9 在如图16-6所示的光电管实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，那么（ ）

图16-
A.A光的频率大于B光的频率
B.B光的频率大于A光的频率
C.用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向b
D.用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a
解析：根据光电效应发生的条件可知，A光的频率大于极限频率，B光的频率小于极限频率，故A光的频率大于B光的频率，A项正确.光电管工作时光电子从右侧的阴极飞向左侧的阳极（对阴极），故电路中的电流为a→b，C项正确.电源的作用是在阳极和阴极之间形成电场，用来加速从阴极发出的光电子，因而电源的左侧应为正极.光电管中电流与单位时间内到达阳极的光电子的数目有关，在电源电压一定的情况下，入射光的强度越大，单位时间内发出的光电子数目就越多，光电管中的电流就越大.
10如图16-9所示，一验电器与锌板相连，现用一弧光灯照射锌板一段时间，关灯后，指针保持一定偏角（ ）

图16-9
A.用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将增大
B.用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将减小
C.使验电器指针回到零，改用强度更大的弧光灯照射锌板相同的时间，验电器指针偏角将增大
D.使验电器指针回到零，改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器的指针一定偏转
答案：BC
解析：由光电效应知识得,跑出了光电子，锌板带正电，当关灯后，锌板和验电器带正电，所以用一带负电的金属小球与锌板接触，验电器的指针偏角将减小，所以选项A错误,选项B正确.再由光电流与光的强度有关，所以改用强度更大的弧光灯照射锌板相同的时间，跑出的光电子更多，验电器指针偏角将增大，所以选项C正确.因为红外线的频率小，所以不一定能让锌板发生光电效应，所以选项D错误.综上所述，本题的正确选项为BC.
高二物理光的粒子性练习题
1．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是
A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
B．温度越高，物体辐射的电磁波越强
C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关
D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
2．如图1所示，一验电器与锌板用导线相连，用紫外线光源照射锌板时，验电器指针发生了偏转，下列判断正确的是
A．此时锌板带正电
B．紫外线越强，验电器的指针偏角越大 C．改用红外线照射锌板，验电器的指针一定会偏转
D．将一不带电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角会减小
3．一束绿光照射某金属表面发生了光电效应，对此，以下说法正确的是 （ ）
A 若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变
B 如增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加
C 若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加
D 若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加

4.已知某单色光的波长为λ，在真空中的传播速度为c，普朗克常量为h，则该电磁波辐射的能量子的值为
A． B． C． D．hcλ
5.某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，真空中光速为c，普朗克常量为h，则该激光器每秒发射的光量子数为
A． B． C． D．
6．如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是
A.入射光太弱
B．入射光波长太长
C．光照时间短
D.电源正负极接反
7．在光电效应实验中，如果需要增大光电子到达阳极时的速度，可采用哪种方法？
　A．增加光照时间 B．增大入射光的波长
　C．增大入射光的强度 D．增大入射光频率

8．三种不同的入射光A、B、C分别射在三种不同的金属a、b、c表面，均恰能使
金属中逸出光电子，若三种入射光的波长λA＞λB＞λC，则
A．用入射光A照射金属b和c，金属b和c均可发出光电效应现象
B．用入射光A和B照射金属c，金属c可发生光电效应现象
C．用入射光C照射金属a与b，金属a、b均可发生光电效应现象
D．用入射光B和C照射金属a，均可使金属a发生光电效应现象

9．下列关于光子的说法中，正确的是
A．在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子
B．光子的能量由光强决定，光强大，每份光子的能量一定大
C．光子的能量由光频率决定，其能量与它的频率成正比
D．光子可以被电场加速
10．分别用波长为λ和λ的单色光照射同一金属板发出的光电子的最大初动能之比为1∶2。以h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为
A.　　　　B. C. D.
11．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示。则可判断出
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
12．如图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，由图象可知
A． 该金属的逸出功等于E
B． 该金属的逸出功等于hν0
C． 入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为E
D．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E
13．下表给出了一些金属材料的逸出功。

现用波长为400nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种(普朗克常量h=6．6x10—34j·s，光速c=3．0x108m／s)
A．2种 B．3种 C．4种 D．5种
14．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率v变化的Ek—v图象，已知钨的逸出功是3．28eV，锌的逸出功是3．34eV，若将两者的图象分别用实线与虚线画在同一个Ek—v图上，则下图中正确的是