第2節(jié)

光電效應第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性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。鋅板在照射下失去電子而帶正電當光照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應。逸出的電子稱為光電子。1.通過實驗,了解光電效應現(xiàn)象及其實驗規(guī)律。2.了解愛因斯坦光電效應理論及其意義,能用愛因斯坦光電效應方程解釋光電效應現(xiàn)象。3.了解康普頓效應及其意義。4.能根據(jù)實驗結(jié)論說明光的波粒二象性。知識點一：光電效應的實驗規(guī)律當入射光頻率減小到某一數(shù)值

c時，A、K極板間不加反向電壓，電流也為0。此時的光的頻率

c即為截止頻率！1.截止頻率不同金屬的截止頻率不同。截止頻率與金屬自身的性質(zhì)有關(guān)。理解：(1)金屬要發(fā)生光電效應與入射光強弱無關(guān)，只與頻率有關(guān)。(2)入射光頻率低于截止頻率時，不管光照多強，金屬都不會發(fā)生光電效應！光照不變，增大UAK，G表中電流達到某一值后不再增大，即達到飽和值。2.飽和電流理解：頻率不變，入射光越強，飽和電流越大，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。當K、A間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當電壓達到某一值Uc時，光電流恰為0。Uc稱截止電壓。3.截止電壓

同一種金屬，截止電壓只與光的頻率有關(guān)。光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關(guān)，入射光的強弱無關(guān)。理解：光電子克服電場力做功，到達A極板時速度剛好為零。即使入射光的強度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉(zhuǎn)。4.光電效應具有瞬時性更精確的研究推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過的時間不超過10-9秒（這個現(xiàn)象一般稱作“光電子的瞬時發(fā)射”）。1.對于任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能發(fā)生光電效應，低于這個頻率就不能發(fā)生光電效應；2.當入射光的頻率大于極限頻率時，入射光越強，飽和電流越大；3.光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大；4.入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9秒?？偨Y(jié)：1.利用光電管研究光電效應實驗如圖所示,用頻率為ν的可見光照射陰極K,電流表中有電流通過,則(

)A.用紫外線照射,電流表不一定有電流通過B.用紅光照射,電流表一定無電流通過C.用頻率為ν的可見光照射K,當滑動變阻器的滑動觸頭移到A端時,電流表中一定無電流通過D.用頻率為ν的可見光照射K,當滑動變阻器的滑動觸頭向B端滑動時,電流表示數(shù)可能不變練一練D知識點二：光電效應經(jīng)典解釋中的疑難逸出功W0：使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功。幾種金屬的截止頻率和逸出功光越強，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可以獲得足夠能量從而逸出表面，不應存在截止頻率。光越強，光電子的初動能應該越大，所以截止電壓Uc應該與光的強弱有關(guān)。如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需要幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量。無法用經(jīng)典的波動理論來解釋光電效應。知識點三：愛因斯坦的光電效應理論1.光子：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν。這些能量子后來被稱為光子。2.愛因斯坦的光電效應方程或——光電子最大初動能一個電子吸收一個光子的能量hν后，一部分能量用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動能Ek，即：

——金屬的逸出功

①

Ek=hν－W0表明：只有當hν>W0時，光電子才可以從金屬中逸出，

νc=W0/h

就是金屬的截止頻率。3.對光電效應的解釋②

Ek=hν－W0表明：光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，而與光的強弱無關(guān)，這就解釋了遏止電壓和光強無關(guān)。③

電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，所以光電流幾乎是瞬時產(chǎn)生的。④

對于同頻率的光，光較強時，單位時間內(nèi)照射到金屬表面的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大。4.對光電效應方程的檢驗根據(jù)光電效應方程可得：對于確定的金屬，其逸出功是確定的，Uc與光的頻率v之間是線性關(guān)系。1907年起，美國物理學家密立根開始以精湛的實驗技術(shù)測量光電效應中幾個重要的物理量，1916年，他的實驗結(jié)果完全肯定了愛因斯坦光電效應方程?！緪垡蛩固褂捎谔岢隽斯怆娦碚摱@得1921年諾貝爾物理學獎】1.如圖所示的裝置用來研究光電效應現(xiàn)象,當用光子能量為2.5eV的光照射到光電管上時,電流表G的讀數(shù)為0.2mA,改變滑動變阻器觸頭c的位置,當電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時,電流表示數(shù)為0,則(

)A.光電管陰極的逸出功為1.8eVB.開關(guān)S斷開后,沒有電流流過電流表GC.改用光子能量為1.5eV的光照射,電流表G也有電流,但電流較小D.光電子的最大初動能為0.7eV練一練BD2.如圖所示，圖線A、B分別是金屬A和金屬B的遏止電壓Uc和入射光頻率ν的Uc——ν圖像，則由圖可知(

)

A．金屬A的逸出功大于金屬B的逸出功B．金屬A的截止頻率小于金屬B的截止頻率C．圖線的斜率為普朗克常量D．如果用頻率ν=5.5×1014Hz的入射光照射兩種金屬，從金屬A逸出的光電子的最大初動能較大BD知識點四：康普頓效應和光子的動量1.光的散射光束通過某些介質(zhì)時，可以看到光的散射現(xiàn)象。2.康普頓效應1923年康普頓在做X射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長和散射物質(zhì)都無關(guān)。這種波長改變的散射稱為康普頓效應。經(jīng)典理論無法解釋康普頓效應。經(jīng)典理論認為：物質(zhì)中的電子會隨入射光以相同的頻率振動，并向外輻射，即散射光的頻率與入射光頻率相等。而無法解釋有Δλ存在的實驗規(guī)律。X-ray

3.康普頓效應的光量子理論解釋（1）若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。（2）若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。（3）因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。4.康普頓散射實驗的意義（1）有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設。（2）首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設。（3）證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的。康普頓的成功也不是一帆風順的，在他早期的幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某種熒光輻射”；在計算中起先只考慮能量守恒，后來才認識到還要用動量守恒?？灯疹D于1927年獲諾貝爾物理獎。知識點五：光的波粒二象性光具有波動性，又有粒子性，即波粒二象性。光在傳播過程中表現(xiàn)出波動性，如干涉、衍射、偏振現(xiàn)象。光在與物質(zhì)發(fā)生作用時表現(xiàn)出粒子性，如光電效應，康普頓效應。光子能量：光子動量：關(guān)于光的本性問題，我們不應該在微粒說和波動說之間進行取舍，而應該把它們看作是光的本性的兩種不同側(cè)面的描述。

粒子性波動性1.美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時,發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中,除了與入射波長λ0相同的成分外,還有波長大于λ0的成分,這個現(xiàn)象稱為康普頓效應。關(guān)于康普頓效應,以下說法正確的是(

)A.康普頓效應說明光子具有動量B.康普頓效應現(xiàn)象說明光具有波動性C.康普頓效應現(xiàn)象說明光具有粒子性D.當光子與晶體中的電子碰撞后,其能量增加練一練AC光電效應的實驗規(guī)律愛因斯坦的光電效應理論康普頓效應和光子的動量光的波粒二象性——量子電