光---的粒子

1.照射到金属表面的光，能使金属中的________从表面逸出。这个现象称为光电效应。2．光电效应的规律(1)存在着________电流实验表明：入射光越强，饱和电流越大。这表明入射光越强，单位时间内发射的光电子数________。(2)存在着遏止________和截止________电子饱和越多电压频率实验表明：光电子的能量只与入射光的________有关；入射光的频率低于截止频率时________发生光电效应。(3)光电效应具有________3．逸出功：使电子脱离某种金属所做功的________，叫做这种金属的逸出功，用________表示，不同金属的逸出功________同。频率不能瞬时性最小值W0不4．光子说：电磁辐射的本身就是________，光不仅在发射和吸收能量是________，而且光本身就是一个个________的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为________，h为普朗克常量。这些能量子后来称为________。不连续的一份一份的不可分割hν光子5．爱因斯坦光电效应方程：________，式中Ek为光电子的________，Ek＝________。Ek＝hν－W0最大初动能mev2/2归纳{每个光子的能量ε=hν是否发生光电效应照射光强度单位时间照到单位面积上的光子数饱和光电流强度单位时间内发射的光电子数决定着决定着决定着决定着照射光频率温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。逸出功W0使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。二、光电效应解释中的疑难1、逸出功W0二.光电效应解释中的疑难波动理论光电效应实验结果矛盾1按照光的波动理论，不论入射光的频率是多少，只要光强足够大，总可以使电子获得足够的能量从而发生光电效应如果光的频率小于金属的极限频率，无论光强多大，都没有光电效应矛盾2光强越大，电子可获得更多的能量，光电子的最大初动能也应该越大，遏止电压也越大。即出射电子的动能应该由入射光的能量即光强来决定遏止电压与光强无关，与频率有关矛盾3光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量积累的时间就长当入射光照射到光电管的阴极时，无论光强怎样微弱，几乎在一开始就产生了光电子2、光电效应与光的电磁理论的矛盾【例1】入射光照射到某金属表面上发生了光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则下列说法中正确的是()A．从光照射到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能将减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D．有可能不发生光电效应C1.光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。爱因斯坦的光子说hE爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：三.爱因斯坦的光量子假设2.爱因斯坦的光电效应方程0WEhk0WhEk或——光电子最大初动能——金属的逸出功W0221cekvmE一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：3.光子说对光电效应的解释4.光电效应理论的验证三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖。【例2】铝的逸出功是4.2eV，现在将波长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)求铝的截止频率。【解析】根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可求得最大初动能。Ek＝eUc。铝的截止频率由ν0＝W0h可求。(1)根据光电效应方程有Ek＝hcλ－W0＝6.63×10－34×3.0×108200×10－9J－4.2×1.6×10－19J＝3.225×10－19J(2)由Ek＝eUc可得Uc＝Eke＝3.225×10－191.6×10－19V＝2.016V。(3)由hν0＝W0知ν0＝W0h＝4.2×1.6×10－196.63×10－34Hz＝1.014×1015Hz。*对应训练*1．光电效应实验的装置如图17－2－3所示，则下面说法中正确的是()图17－2－3A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用绿色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．使验电器指针发生偏转的是正电荷AD*对应训练*2．下列对光电效应的解释正确的是()A．金属内的每个电子能吸收一个或一个以上的光子，当它积累的能量足够大时，就能逸出金属B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属发生光电效应的入射光的最低频率也不同B、D课本例题P34分析ceUWh0由上面讨论结果eWehUc0可得：eW0hW0cceKeUvm：E221因为遏止电压Uc与光电子的最大初动能Ek有关Ek越大，Uc越高；Uc为零，Ek为零，即没有光电子所以与遏止电压Uc=0对应的频率应该是截止频率νc00ceUWh0WhC【例2】由以上分析可知：根据数据作Uc—ν图象即可求得遏止电压Uc=0对应的频率就是截止频率νcUc—ν图象是一条斜率为的直线eh1.对光电效应的理解(1)爱因斯坦光电效应方程表明，光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν成线性关系，与光强无关，如图所示，由光电效应方程知，当hνW0时，Ek0，即有电子逸出，截止频率νc＝W0h。(2)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量时间，光电流自然几乎是瞬时产生的。(3)光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流大，所以饱和电流与光强成正比。2．光电效应中各相关物理量间的关系【例2】分别用波长为λ和34λ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，用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()A.hc2λB.2hc3λC.3hc4λD.4hc5λ【答案】B【解析】由波速公式c＝λν知两单色光的频率分别是cλ和4c3λ；由光电效应方程，得Ek1＝hcλ－W0，Ek2＝4hc3λ－W0由题意知Ek2＝2Ek1，故4hc3λ－W0＝2hcλ－W0，解得W0＝2hc3λ，B正确。对光电效应的理解(1)光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生的。金属中的某个电子只能吸收一个光子的能量，只有当吸收的能量足够克服原子核的引力而逸出时，才能产生光电效应，而光子的能量与光的频率有关，由此可解释光电效应的瞬时性和存在极限频率的原因。(2)“光电子的动能”可以介于0—Ekm的任意值，只有从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能，且随入射光频率增大而增大。(3)“入射光强度”，指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，在入射光频率ν不变时，光强正比于单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数，但若入射光频率不同，即使光强相同，单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数也不相同，因而从金属表面逸出的光电子数也不相同(形成的光电流也不相同)。光的粒子性一、光电效应的基本规律小结1.光电效应现象2.光电效应实验规律①对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；②当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比；③光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；④入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒.（3）光子说对光电效应的解释（2）爱因斯坦的光电效应方程三、爱因斯坦的光电效应方程（1）光子：二、光电效应解释中的疑难练习课本P361、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想想看，这种光是否一定最亮？为什么？在可见光范围内，紫光的光子能量最大，因为其频率最高。紫光不是最亮的。一为光强，因为光的亮度由两个因素决定，二为人眼的视觉灵敏度。在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中心部位的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮。练习课本P362、在光电效应实验中（1）如果入射光强度增加，将产生什么结果？（2）如果入射光频率增加，将产生什么结果？（1）当入射光频率高于截止频率时，光强增加，发射的光电子数增多；当入射光频率低于截止频率时，无论光强怎么增加，都不会有光电子发射出来。（2）入射光的频率增加，发射的光电子最大初动能增加。练习课本P365、根据图17.2-2所示研究光电效应的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。GVAKR单色光分析：阳极与电源负极相接阴极与电源正极相接测出两种不同频率ν1、ν2光的遏止电压U1、U2代入公式：ceUWh0101eUWh202eUWh当入射光频率分别为ν1、ν2时，测出遏止电压U1、U2，由爱因斯坦光电效应方程可得联立上两式，解得eUUh2121其中e为电子的电量，测出U1与U2就可测出普朗克常量实验步骤：（1）将图17.2-2电路图电源正负对调，滑动变阻器滑动触头滑至最左边，用频率为ν1的光照射，此时电流表中有电流。将滑动变阻器滑动触头缓慢右滑，同时观察电流表，当电流表示数为零时，停止滑动。记下伏特表的示数U1。（2）用频率为ν2的光照射，重复（1）的操作，记下伏特表的示数U2。（3）应用计算h。（4）多次测量取平均值。eUUh2121第三课时放大器控制机构可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。四.光电效应在近代技术中的应用1.光控继电器K1K2K3K4K5KA可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105~108倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。2.光电倍增管1．美国物理学家康普顿在研究________的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长________λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。2．光子除了能量之外还具有动量，光子的动量p＝________。石墨对X射线大于1.光的散射光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射.2.康普顿效应1923年康普顿在做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，而与入射线波长和散射物质都无关。一.康普顿效应3.康普顿散射的实验装置与规律：晶体光阑X射线管探测器X射线谱仪石墨体(散射物质)j0散射波长一.康普顿效应康普顿正在测晶体对X射线的散射按经典电磁理论：如果入射X光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！一.康普顿效应1.经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难二.康普顿效应解释中的疑难①根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。②无法解释波长改变和散射角关系。2.光子理论对康普顿效应的解释二.康普顿效应解释中的疑难①若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。②若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。③因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。(3)光子说对康普顿效应的解释假定X射线光子与电子发生完全弹性碰撞，这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似。按