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2光的粒子性1.了解光电效应及其实验规律。2.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。3.了解康普顿效应及其意义。一二三四一、光电效应的实验规律1.光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出,这种现象称为光电效应现象。逸出的电子又称为光电子。2.光电效应的实验规律:(1)存在着饱和电流。在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大。这表明对于一定颜色的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多。(2)存在着遏止电压和截止频率。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度,实验表明,对于一定颜色的光,无论光的强弱如何,该电压都是一样的。实验表明,当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应,不同的金属该频率不同(选填“相同”或“不同”)。一二三四(3)光电效应具有瞬时性。当入射光的频率超过截止频率时,无论入射光怎样微弱,光电效应的发生几乎都是瞬时的,精确测量表明产生电流的时间不超过10-9s。用光照射光电管且能产生光电效应,如果给光电管加上反向电压,光电管中就没有电流了吗?提示：由于光电子具有一定的动能,当所加的电压较小时,光电管中仍然有电流,当电压大于遏止电压时,电路中无电流。一二三四3.逸出功:电子从金属逸出所需做功的最小值叫作该金属的逸出功,用W0表示,不同金属的逸出功不同。利用光电效应现象能制作传感器吗?提示：光电效应现象的实质是光现象转化为电现象,利用光电效应现象可以制作光电传感器。一二三四二、爱因斯坦的光电效应方程1.光子说:光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的,是不连续的,而且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,每一个光的能量子被称为一个光子,这就是爱因斯坦的光子说。2.爱因斯坦光电效应方程:在光电效应中,金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0,剩下的表现为逸出的光电子的初动能Ek,公式表示为Ek=hν-W0。一二三四3.光子说对光电效应的解释。(1)光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与光的强弱无关。只有hνW0时,才有光电子逸出,νc=𝑊0ℎ就是光电效应的截止频率。(2)电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积累能量的时间,光电流几乎是瞬时产生的。(3)对于频率ν相同的光,光较强时,包含的光子数较多,照射金属时产生的光电子较多,因而饱和电流较大。光电子的最大初动能与入射光的频率成正比吗?提示：光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大,但不是正比关系。一二三四三、康普顿效应1.在光的散射中,除了与入射波长λ0相同的成分外,还有波长大于λ0的成分。这个现象称为康普顿效应。2.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,深入地揭示了光的粒子性的一面。一二三四光子的动量p=ℎ𝜆,其中ℎ为普朗克常量,𝜆为光的波长。四、光子的动量一二一、光电效应中应区分的几组概念1.光子与光电子。光子是指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电;光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子。2.光电子的动能与光电子的最大初动能。光照射到金属表面时,电子吸收光子的能量,可能向各个方向运动,需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量,剩余部分为光电子的初动能;只有金属表面的电子直接向外飞出时,只需克服原子核的引力做功,才具有最大初动能。一二3.光电流和饱和光电流。金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值就是饱和光电流。在一定的光照条件下,饱和光电流与所加电压大小无关。一二1.公式中的12𝑚e𝑣2是光电子的最大初动能,对某个光电子而言,其离开金属时剩余动能大小可以是0~12𝑚e𝑣2范围内的任何数值。2.光电效应方程实质上是能量守恒方程。能量为ε=hν的光子被电子所吸收,电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引,另一部分就是电子离开金属表面时的动能。如果克服吸引力做功最少为W0,则电子离开金属表面时动能最大为12𝑚e𝑣2,根据能量守恒定律可知:hν=W0+12𝑚e𝑣2。一二3.光电效应方程包含了产生光电效应的条件。若发生光电效应,则光电子的最大初动能必须大于零,即Ek=hν-W00,亦即hνW0,ν𝑊0ℎ=𝑣c,而𝑣c=𝑊0ℎ恰好是金属的截止频率。4.Ek-ν曲线。光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化曲线如图所示。这里,横轴上的截距是截止频率;纵轴上的截距是逸出功的负值;斜率为普朗克常量。类型一类型二对光电效应规律的理解【例题1】入射光照射到某金属表面上发生光电效应,若入射光的强度减弱,而频率保持不变,那么()A.从光照射金属表面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点拨:准确理解光电效应的实验规律是分析此类问题的关键。类型一类型二解析:根据光电效应的实验规律知,从光照射金属表面到光电子发射的时间间隔极短,这与光的强度无关,故选项A错误;实验规律还指出,逸出光电子的最大初动能与入射光频率有关,光电流与入射光强度成正比,由此可知,选项B、D错误,选项C正确。答案:C题后反思解决光电效应问题时要注意:(1)逸出功和截止频率由金属本身决定。(2)入射光的频率决定光电子的最大初动能。(3)入射光越强,饱和光电流越大。类型一类型二爱因斯坦光电效应方程的应用【例题2】研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像正确的是()类型一类型二饱和光电流的强度与入射光的强度成正比,所以强光的饱和光电流比弱光的大,故选项C正确,选项D错误。答案:C题后反思由爱因斯坦光电效应方程可知:光电子的最大初动能由入射光的频率和金属材料的逸出功决定;入射光越强,饱和光电流越大。解析:入射光的频率相同,则光电子的最大初动能相同,由12𝑚e𝑣c2=𝑒𝑈c知,两种情况下遏止电压相同,故选项A、B错误;