14/142．光電效應(yīng)1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解光電效應(yīng)現(xiàn)象及其實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2．了解愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)理論及其意義，能用愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象。3．了解康普頓效應(yīng)及其意義。4．能根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論說(shuō)明光的波粒二象性。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律及經(jīng)典解釋中的疑難1．光電效應(yīng)：照射到金屬表面的光，能使金屬中的____從表面逸出的現(xiàn)象。2．光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)的____。3．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)存在____頻率：當(dāng)入射光的頻率低于________時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)。(2)存在____電流：在光的頻率不變的情況下，入射光越強(qiáng)，________越大。(3)存在____電壓：使光電流減小到0的反向電壓Uc稱為_(kāi)_______，滿足12mev(4)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性：光電效應(yīng)幾乎是____發(fā)生的。4．逸出功：使電子脫離某種金屬，需要外界對(duì)它____，做功的______叫作這種金屬的逸出功，用W0表示。不同種類的金屬，其逸出功的大小______。5．光電效應(yīng)經(jīng)典解釋(1)不應(yīng)存在____頻率。(2)遏止電壓Uc應(yīng)該與光的強(qiáng)弱__關(guān)。(3)弱光照射時(shí)電子獲得逸出表面所需的能量需要的時(shí)間應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)____實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生光電流的時(shí)間。如圖所示是研究光電效應(yīng)的電路圖?！締?wèn)題】(1)閉合開(kāi)關(guān)后，當(dāng)電壓表的示數(shù)為0時(shí)，電流表的示數(shù)不是0，說(shuō)明了什么？(2)閉合開(kāi)關(guān)，將滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)，會(huì)觀察到什么現(xiàn)象？說(shuō)明了什么？(3)若將電源的正負(fù)極對(duì)調(diào)，閉合開(kāi)關(guān)，滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，又會(huì)觀察到什么現(xiàn)象？說(shuō)明了什么？(4)對(duì)于現(xiàn)象(3)，同一頻率的入射光強(qiáng)弱不同時(shí)，觀察到什么現(xiàn)象？用不同頻率的光做實(shí)驗(yàn)，觀察到什么現(xiàn)象？1．四個(gè)概念(1)光電子的初動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能。①光照射到金屬表面時(shí)，光子的能量全部被電子吸收，電子吸收了光子的能量，可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動(dòng)能。②只有金屬表面的電子可以直接向外飛出時(shí)，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初動(dòng)能。光電子的初動(dòng)能小于或等于光電子的最大初動(dòng)能。(2)光子的能量與入射光的強(qiáng)度。光子的能量即每個(gè)光子的能量，其值為ε＝hν(ν為光子的頻率)，其大小由光的頻率決定。入射光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，入射光的強(qiáng)度等于單位時(shí)間內(nèi)光子能量hν與入射光子數(shù)n的乘積，即光強(qiáng)等于nhν。(3)光電流和飽和電流。金屬板飛出的光電子到達(dá)陽(yáng)極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個(gè)飽和值，這個(gè)飽和值是飽和電流，在一定的光照條件下，飽和電流與所加電壓大小無(wú)關(guān)。(4)光的強(qiáng)度與飽和電流。飽和電流與入射光強(qiáng)度成正比的規(guī)律是對(duì)頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的。對(duì)于不同頻率的光，由于每個(gè)光子的能量不同，飽和電流與入射光強(qiáng)度之間沒(méi)有簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。2．兩條線索、兩個(gè)關(guān)系(1)兩條線索。(2)兩個(gè)關(guān)系。光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大?！镜淅?】如圖所示為一真空光電管的應(yīng)用電路，關(guān)于電路中光電流的飽和值，下列說(shuō)法正確的是()A．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流的飽和值取決于入射光的頻率B．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流的飽和值取決于入射光的強(qiáng)度C．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流的飽和值取決于光電管所加的正向電壓的大小D．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流的飽和值取決于入射光的光照時(shí)間[聽(tīng)課記錄](méi)[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(多選)研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示，滑動(dòng)變阻器的滑片P處于如圖所示位置。用綠光照射陰極K時(shí)，電流表示數(shù)不為零，則()A．僅把綠光改為紫光照射陰極K時(shí)，電流表示數(shù)為零B．把這束綠光遮住一半，則光電流減小C．僅將滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)，電流表示數(shù)可能不變D．任何一種頻率的光，只要照射時(shí)間足夠長(zhǎng)，電流表就會(huì)有示數(shù)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論1．光子：光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為_(kāi)___，其中h為普朗克常量。這些能量子后來(lái)稱為_(kāi)___。2．愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：Ek＝__________，式中Ek為光電子的最大初動(dòng)能，Ek＝12(2)物理意義：金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是____，在這些能量中，一部分大小為W0的能量被電子用來(lái)脫離金屬，剩下的是逸出后電子的__________。(3)Uc與ν、W0的關(guān)系。①表達(dá)式：Uc＝heν－W②圖像：Uc-ν圖像是一條斜率為he深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航標(biāo)燈指引航道，如圖所示是一個(gè)航標(biāo)燈自動(dòng)控制電路的示意圖。電路中的光電管陰極K涂有可以發(fā)生光電效應(yīng)的金屬。表中反映的是幾種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的截止頻率及其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，又知可見(jiàn)光的波長(zhǎng)為400～770nm。幾種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的截止頻率及其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)：金屬銫鋅銀鉑截止頻率/Hz4.545×10148.065×10141.153×10151.529×1015對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)/nm660372260196【問(wèn)題】(1)光電管陰極K上應(yīng)涂哪種金屬？(2)控制電路中的開(kāi)關(guān)S應(yīng)接觸a還是b?1．三個(gè)關(guān)系(1)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0。(2)光電子的最大初動(dòng)能Ek可以利用光電管實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止電壓，即光電流剛好為0時(shí)的反向電壓。(3)光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功，它與極限頻率νc的關(guān)系是W0＝hνc。2．四類圖像圖像名稱圖線形狀讀取信息最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率(極限頻率)：橫軸截距②逸出功：縱軸截距的絕對(duì)值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：橫軸截距②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc：橫軸截距②飽和電流Im：電流的最大值③最大初動(dòng)能：Ekm＝eUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和電流③最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2【典例2】如圖所示是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓與入射光頻率的實(shí)驗(yàn)圖線，該實(shí)驗(yàn)直接證明了愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程，并且第一次利用光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了普朗克常量h。由圖像可知()A．鈉的逸出功為hνcB．鈉的截止頻率為8.5×1014HzC．圖中直線的斜率為普朗克常量hD．遏止電壓與入射光線頻率成正比[聽(tīng)課記錄](méi)[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．如圖甲所示，閉合開(kāi)關(guān)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零，當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零。把電路改為圖乙，當(dāng)電壓表讀數(shù)為1.5V時(shí)，逸出功W0及電子到達(dá)陽(yáng)極時(shí)的最大動(dòng)能Ek′為()A．W0＝3.1eVEk′＝4.5eVB．W0＝1.9eVEk′＝2.1eVC．W0＝1.7eVEk′＝1.9eVD．W0＝1.5eVEk′＝0.6eV康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量1．光的散射：光與介質(zhì)中的________相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫作光的散射。2．康普頓效應(yīng)：美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長(zhǎng)λ0相同的成分外，還有波長(zhǎng)____λ0的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。3．康普頓效應(yīng)的解釋(1)光子模型：光子不僅具有能量，而且具有動(dòng)量p＝__。(2)解釋：在康普頓效應(yīng)中，入射的光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，光子的動(dòng)量可能會(huì)變小。由p＝hλ可知波長(zhǎng)λ變大，因此，這些光子散射后波長(zhǎng)變大4．康普頓效應(yīng)的意義康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外，還具有____，深入揭示了光的______的一面。提醒：在光的散射中，光子在與其他微粒作用的過(guò)程中遵循動(dòng)量守恒和能量守恒。美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，用X光對(duì)靜止的電子進(jìn)行照射，照射后電子獲得速度的同時(shí)，X光的運(yùn)動(dòng)方向也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。如圖所示是X射線的散射示意圖。X光散射后與散射前相比：【問(wèn)題】(1)光的波長(zhǎng)怎么變？(2)頻率怎么變？(3)該散射實(shí)驗(yàn)證明了光的什么性質(zhì)？1．康普頓的光子模型光子不僅具有能量，而且具有動(dòng)量，光子的動(dòng)量p＝hλ2．解釋康普頓效應(yīng)(1)經(jīng)典物理的理論無(wú)法解釋康普頓效應(yīng)。按照經(jīng)典物理的理論，由于光是電磁振動(dòng)的傳播，入射光將引起物質(zhì)內(nèi)部帶電粒子的受迫振動(dòng)，振動(dòng)著的帶電粒子從入射光吸收能量，并向四周輻射，這就是散射光。散射光的頻率應(yīng)該等于帶電粒子受迫振動(dòng)的頻率，也就是入射光的頻率。因而散射光的波長(zhǎng)與入射光的波長(zhǎng)應(yīng)該相同，不應(yīng)出現(xiàn)λ>λ0的散射光。(2)利用光子的動(dòng)量解釋康普頓效應(yīng)。在康普頓效應(yīng)中，入射光子與晶體中電子碰撞時(shí)，把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，光子的動(dòng)量變小。由光子動(dòng)量p＝hλ知，p【典例3】康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量。如圖所示給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動(dòng)方向，則碰后光子()A．可能沿1方向，且波長(zhǎng)變短B．可能沿2方向，且波長(zhǎng)變短C．可能沿1方向，且波長(zhǎng)變長(zhǎng)D．可能沿3方向，且波長(zhǎng)變長(zhǎng)[聽(tīng)課記錄](méi)[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．白天的天空各處都是亮的，是大氣分子對(duì)太陽(yáng)光散射的結(jié)果。美國(guó)物理學(xué)家康普頓由于在這方面的研究而榮獲了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。假設(shè)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子碰撞以后，電子向某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，光子沿另一方向散射出去，則這個(gè)散射光子跟原來(lái)的光子相比()A．頻率變大 B．速度變小C．能量增加 D．波長(zhǎng)變長(zhǎng)光的波粒二象性1．光的干涉和衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有______，____效應(yīng)和______效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性。2．光子的能量ε＝____，光子的動(dòng)量p＝hλ3．光子既有粒子的特征，又有波的特征，即光具有____二象性。1．麥克斯韋電磁理論使人們認(rèn)識(shí)到光是一種波，而光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性。2．光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性。3．光子的能量ε＝hν，光子的動(dòng)量p＝hλ。這兩個(gè)表達(dá)式說(shuō)明光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有描述波動(dòng)性的物理量——頻率ν和波長(zhǎng)λ特別提醒：(1)波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一：光既有波動(dòng)性特征又有粒子性的特征。這兩種特性總是同時(shí)存在的。只不過(guò)這里的波并不是宏觀概念中的波，粒子也不是宏觀世界中的粒子。(2)從數(shù)量上看：個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性，大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性。(3)從頻率上看：頻率越低，波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高，粒子性越顯著，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象。(4)從傳播與作用上看：光在傳播過(guò)程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性。【典例4】關(guān)于光的粒子性、波動(dòng)性和波粒二象性，下列說(shuō)法正確的是()A．光子說(shuō)的確立完全否定了波動(dòng)說(shuō)B．光的波粒二象性是指光既與宏觀概念中的波相同又與微觀概念中的粒子相同C．光的波動(dòng)說(shuō)和粒子說(shuō)都有其正確性，但又都是不完善的，都有其不能解釋的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象D．光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有波動(dòng)性[聽(tīng)課記錄](méi)[跟進(jìn)訓(xùn)練]4．(多選)下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)法正確的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著D．大量光子的行為往往顯示出波動(dòng)性1．如圖所示，是一種典型的光電管示意圖，抽成真空的玻璃管內(nèi)部密閉有陰極和陽(yáng)極，當(dāng)受到光照時(shí)，就會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，將其與靈敏電流計(jì)相連，關(guān)于此光電管以下說(shuō)法正確的是()A．圖中A為陽(yáng)極，B為陰極B．當(dāng)光照射在A極，會(huì)從其表面溢出光子打在B極上C．只提高照射光頻率時(shí)，會(huì)使得電路中光電流變大D．只提高照射光強(qiáng)度時(shí)，會(huì)使得電路中光電流變大2．科學(xué)研究證明，光子有能量也有動(dòng)量，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子。假設(shè)光子與電子碰撞前的波長(zhǎng)為λ，碰撞后的波長(zhǎng)為λ′，則碰撞過(guò)程中()A．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，動(dòng)量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ<λ′D．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ>λ′3．(多選)探究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示，當(dāng)用某種頻率的單色光照射光電管的陰極時(shí)，電流表G有示數(shù)。下列說(shuō)法正確的是()A．若使滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)，電流表G的示數(shù)可能不變B．將電源正負(fù)極互換，電流表G仍有示數(shù)，若再將P向右移動(dòng)，電流表G的示數(shù)可能不變C．若減小光的頻率，仍發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子的最大初動(dòng)能減小D．若減小光的強(qiáng)度，增大光的頻率，則光電子的最大初動(dòng)能可能不變4．如圖所示，分別用1、2兩種單色光研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，其頻率ν1<ν2，改變K極的材料進(jìn)行探究。則遏止電壓Uc隨K極的材料的逸出功W0變化的關(guān)系圖像可能是()ABC