(答案)必修3-5光子的导学案
人教版物理选修3-5导学案：《光的粒子性》导学案
课时17.2光的粒子性1.知道光电效应,通过实验了解光电效应实验规律。
2.了解爱因斯坦光子说,并能够用它来解释光电效应现象。
3.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义,并能利用它解决一些简单问题。
4.了解康普顿效应,了解光子的动量。
重点难点:爱因斯坦光电效应方程以及意义。
教学建议:本节知识是本章的重点内容,它由光电效应的实验规律、光电效应经典解释中的疑难、光电效应方程、康普顿效应和光子的动量五部分组成,内容多、难度大。
教学中建议首先要努力创造条件做好光电效应实验,引导学生探究并得出光电效应实验规律;其次引导学生讨论探究,用经典的电磁理论解释光电效应的规律,让学生领悟出“光的电磁理论只能部分地解释光电效应”;接着再介绍爱因斯坦借鉴普朗克的量子化理论提出了“光子说”,成功地解释光电效应,领会科学家的智慧;最后通过对康普顿效应的介绍再次证明光的粒子性。
导入新课:光的干涉、衍射现象说明光是电磁波,光的偏振现象还进一步说明光是横波。
19世纪60年代,麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。
然而,出人意料的是,正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。
对这一现象及其他相关问题的研究,使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。
本节课我们就来学习这方面知识。
1.光电效应在光(包括不可见光)的照射下物体发射出①电子的现象叫作光电效应,发射出来的②电子叫作光电子。
2.光电效应的实验规律(1)存在饱和电流:在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,光电流趋于一个③饱和值。
若光的颜色不变,入射光越强,饱和电流④越大,饱和电流与光强成正比。
即入射光越强,单位时间内发射的光电子数⑤越多。
(2)存在遏止电压和截止频率(或极限频率)遏止电压:使光电流减小到零的反向电压U c。
遏止电压的存在意味着光电子具有一定的⑥初速度,即1m e v c2=eU c。
2截止频率:当入射光的频率减小到某一数值νc时,不加反向电压也没有光电流,这表明已经没有光电子了,νc称为截止频率。
高中物理选修3-5导学案第十七章 2(课时1)
2光的粒子性(课时1)[学科素养与目标要求]物理观念：1.了解光电效应及其实验规律，以及光电效应与电磁理论的矛盾.2.知道爱因斯坦光电效应方程及应用．科学态度与责任：了解爱因斯坦光子说的提出过程，感受实验探究在物理学发展中的作用．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的现象．2．光电子：光电效应中发射出来的电子．3．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．(2)存在着遏止电压和截止频率：入射光的频率低于截止频率时不(填“能”或“不”)发生光电效应．(3)光电效应具有瞬时性：光电效应中产生电流的时间不超过10－9s.4．逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W0表示，不同金属的逸出功不同．二、光子说及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，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成，这些能量子被称为光子，频率为ν的光的能量子为hν，其中h＝6.63×10－34 J·s. 2．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0.(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k.1．判断下列说法的正误．(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应．(×)(2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．(×)(3)“光子”就是“光电子”的简称．(×)(4)逸出功的大小与入射光无关．(√)(5)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比．(×)2．某金属的逸出功为W0，则这种金属的截止频率νc＝________，用波长为λ的光照射金属的表面，光电子的最大初动能E k＝________.(已知普朗克常量为h，光速为c)答案W0h hcλ－W0一、光电效应如图，将锌板和验电器连在一起，然后用紫外线灯照射锌板，会发生一个奇妙的现象，验电器的金属箔片张开一个角度，这一现象说明了锌板在紫外线照射下带电了．为什么会这样呢？验电器上带何种电荷？答案锌板在紫外线的照射下，向外逸出电子，所以锌板带电；锌板剩余正电荷，验电器也带有正电荷．1．光电效应的基本概念(1)光电效应：金属在光(包括可见光和不可见光)的照射下，向外逸出电子的现象．(2)光电子：光电效应中发射出来的电子．2．理解光电效应规律的四个角度(1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于等于这个截止频率才能发生光电效应，低于这个截止频率则不能发生光电效应．(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大．(3)大于截止频率的光照射金属时，光电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比．(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过10－9 s.3．光电效应实验相关概念的理解(1)饱和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，这个饱和值是饱和电流，在一定条件下，饱和电流与所加电压大小无关，只与入射光的强度有关．入射光越强，饱和电流越大．说明：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．(2)遏止电压截止频率逸出功①遏止电压：使光电流减小到零的反向电压．用符号U c表示．计算方法：－eU c＝0－E km遏止电压与入射光的频率有关．入射光的频率不变，遏止电压不变，入射光的频率改变，遏止电压改变．说明：光电子的能量只与入射光的频率有关．②截止频率：能使某种金属发生光电效应的入射光的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的截止频率．③逸出功：电子从金属中挣脱出来，要克服金属表面层的一些力做功，电子脱离金属所需做功的最小值叫逸出功．不同金属的逸出功不同．4．光电效应与经典电磁理论的矛盾(1)矛盾之一：遏止电压由入射光频率决定，与光的强弱无关．按照光的经典电磁理论，光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压与光的强弱有关，而实验表明：遏止电压由入射光的频率决定，与光强无关．(2)矛盾之二：存在截止频率．按照光的经典电磁理论，不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够的能量从而逸出表面，不应存在截止频率．而实验表明：不同金属有不同的截止频率，入射光频率大于等于截止频率时才会发生光电效应．(3)矛盾之三：具有瞬时性．按照光的经典电磁理论，如果光很弱，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量．而实验表明：无论入射光怎样微弱，光电效应几乎都是瞬时发生的．例1(2018·季延中学高二期末)利用光电管研究光电效应实验如图1所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()图1A．用紫外光照射，电流表不一定有电流通过B．用红外光照射，电流表一定无电流通过C．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变答案 D解析因紫外光的频率比可见光的频率高，所以用紫外光照射时，电流表中一定有电流通过，选项A错误；因不知阴极K的截止频率，所以用红外光照射时，也可能发生光电效应，选项B错误；即使U AK＝0，电流表中也可能有电流通过，选项C错误；当滑动触头向B端滑动时，U AK增大，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极A 时，光电流达到最大，即饱和电流；若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大U AK，光电流也不会增大，选项D正确．[学科素养]判断能否发生光电效应，应看入射光的频率与截止频率的关系，本题考查了对光电效应实验规律、实验装置和实验原理的理解，体现了“物理观念”和“科学探究”的学科素养．针对训练1(多选)如图2所示，电路中所有元件完好，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()图2A．入射光太弱B．入射光波长太长C．光照时间太短D．电源正、负极接反答案BD解析金属存在截止频率，入射光的频率超过截止频率的光照射金属时才会有光电子射出．入射光的频率低于截止频率，不能产生光电效应，光电效应的产生与光照强弱无关，选项B正确，A错误；电路中电源正、负极接反，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，D正确；光电效应的产生与光照时间无关，C错误．二、光子说 爱因斯坦光电效应方程1．光子说：光子说的提出说明了光是由光子组成的．光子的能量ε＝hν，决定于光的频率．光的强度与光子的数目有关，在频率一定的情况下，光越强，单位时间内单位面积上的光子数越多．2．光电效应方程：E k ＝hν－W 0(1)式中的E k 是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～E k 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．①能量为ε＝hν的光子被电子吸收，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．②如要克服吸引力做功最少为W 0，则电子离开金属表面时动能最大为E k ，根据能量守恒定律可知：E k ＝hν－W 0.3．光子说对光电效应的解释(1)饱和电流与光强关系：一定频率的光，光照强度越大，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和电流越大．(2)存在截止频率和遏止电压：①由爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光强无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光强无关．②若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即E k ＝hν－W 0>0，亦即hν>W 0，ν>W 0h＝νc ，而νc ＝W 0h恰好是光电效应的截止频率． 例2(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U a和U b，光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h为普朗克常量．下列说法正确的是()A．若νa＞νb，则一定有U a＜U bB．若νa＞νb，则一定有E k a＞E k bC．若U a＜U b，则一定有E k a＜E k bD．若νa＞νb，则一定有hνa－E k a＞hνb－E k b答案BC解析由爱因斯坦光电效应方程得，E k＝hν－W0，由动能定理得，E k＝eU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同．当νa＞νb时，一定有E k a＞E k b，U a＞U b，故选项A错误，B正确；若U a＜U b，则一定有E k a＜E k b，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝hνa －E k a＝hνb－E k b，故选项D错误．针对训练2(2018·会宁四中高二下学期期中)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，那么()A．延迟时间将明显增加B．光电子的最大初动能将减少C．有可能不发生光电效应D．单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少答案 D解析若能发生光电效应，发生光电效应的时间与光的强度无关，故A错误．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，频率保持不变，可知仍然可以发生光电效应，根据光电效应方程E km ＝hν－W 0知，光电子的最大初动能不变，故B 、C 错误．入射光的强度减弱，则入射光单位时间射出的光电子的数目减少，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少，故D 正确．针对训练3 (多选)已知能使某金属产生光电效应的截止频率为νc ，则( )A ．当用频率为2νc 的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B ．当用频率为2νc 的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνcC ．当入射光的频率ν大于νc 时，若ν增大，则逸出功增大D ．当入射光的频率ν大于νc 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解析 因入射光的频率大于或等于截止频率时会产生光电效应，所以A 正确；因为金属的截止频率为νc ，所以逸出功W 0＝hνc ，再由E k ＝hν－W 0得，E k ＝2hνc －hνc ＝hνc ，B 正确；因为逸出功是光电子恰好逸出时需要做的功，对于同种金属是恒定的，故C 错误；由E k ＝hν－W 0＝hν－hνc ＝h (ν－νc )可得，当ν增大一倍时：E k ′E k ＝2ν－νc ν－νc≠2，故D 错误. 1.(光电效应现象的理解)(多选)如图3所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )图3A ．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B ．用红光照射锌板，验电器指针一定会发生偏转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答案 AD2．(光电效应规律的理解)(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光照射时，有光电流产生．下列说法正确的是( )A ．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B ．入射光的频率变高，饱和光电流变大C ．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D ．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生答案 AC解析 在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A 正确，B 错误；根据E k ＝hν－W 0可知，对于同一光电管，逸出功W 0不变，当频率变高时，最大初动能E k 变大，因此C 正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此D 错误．3．(光电效应方程的简单应用)某种单色光的频率为ν，用它照射某种金属时，在逸出的光电子中动能最大值为E k ，则这种金属的逸出功和截止频率分别是( )A ．hν－E k ，ν－E k hB ．E k －hν，ν＋E k hC ．hν＋E k ，ν－h E kD ．E k ＋hν，ν＋h E k答案 A 解析 根据光电效应方程得，W 0＝hν－E k ，根据W 0＝hνc 知截止频率νc ＝W 0h ＝ν－E k h. 考点一 光电效应的理解1．关于光电效应现象，下列说法中正确的是( )A ．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生B ．光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比C ．发生光电效应的时间一般都大于10－7 sD ．保持入射光频率不变，发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比答案 D解析 由ε＝hν＝h c λ知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，A 错；由E k ＝hν－W 0知，最大初动能与入射光频率有关，与入射光的强度无关，B 错；发生光电效应的时间一般不超过10－9 s ，C 错．2．(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )A ．增大入射光的强度，光电流增大B ．减小入射光的强度，光电效应现象消失C ．改用频率低于ν的光照射，一定不发生光电效应D ．改用频率高于ν的光照射，光电子的最大初动能变大答案 AD解析增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项A正确；光电效应能否发生与照射光频率有关，与照射光强度无关，选项B错误；改用频率较低的光照射时，如果光的频率仍大于等于截止频率，则仍会发生光电效应，否则，不能发生光电效应，选项C错误；光电子的最大初动能E k＝hν－W0，故改用频率高于ν的光照射，光电子的最大初动能变大，选项D正确．3．(2018·牡丹江一中高二期末)用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是()A．改用频率更小的紫外线照射B．延长原紫外线的照射时间C．改用X射线照射D．改用强度更大的原紫外线照射答案 C解析用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可知该紫外线的频率小于该金属的截止频率，要能发生光电效应，需改用频率更大的光照射(如X射线)．能否发生光电效应与入射光的强度和照射时间无关，故C正确．4.(多选)(2018·承德市高二检测)如图1所示为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的截止频率为4.5×1014Hz，则以下判断正确的是()图1A．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C．用λ＝0.5 μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生D．光照射时间越长，电路中的光电流越大答案BC解析在光电管中若发生了光电效应，单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关，光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关，即只与入射光的强度有关，据此可判断A、D错误，B正确；波长λ＝0.5 μm的光子的频率ν＝cλ＝3×1080.5×10－6Hz＝6×1014Hz>4.5×1014Hz，可发生光电效应，电路中有光电流产生，所以C正确．考点二光子说、光电效应方程5.如图2，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则()图2A．电源右端应为正极B．流过电流表G的电流大小取决于入射光的频率C．流过电流表G的电流方向是a流向bD．普朗克解释了光电效应并提出光子能量ε＝hν答案 C解析发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流表G的电流方向是a流向b；光电管两端可能是正向电压也可能是反向电压，所以电源右端可能为正极，也可能为负极；流过电流表G的电流大小取决于入射光的强度，与入射光的频率无关；爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量ε＝hν. 6．(2019·宝鸡市质检)分别用a、b、c三种颜色的光照射某金属板，当用b光照射时，发现从金属表面有光电子逸出，已知三种光的波长关系是λa<λb<λc，则下列判断正确的是() A．用c光照射这个金属板时，一定不会有光电子逸出B．用a光照射这个金属板时，可能没有光电子逸出C．b光的照射强度越强，相同时间内从金属表面逸出的光电子数目就会越多D．b光的照射强度越强，从金属表面逸出的光电子的动能就会越大答案 C解析已知三种光的波长关系为λa<λb<λc，则由λ＝cν可知，频率关系为νa>νb>νc，已知用b光照射某金属板时，能发生光电效应，则用c光照射这个金属板时，可能发生光电效应，用a光照射这个金属板时，一定能发生光电效应，故A、B错误；相同时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光的强度有关，b光的照射强度越强，相同时间内从金属表面逸出的光电子数目就会越多，故C正确；根据光电效应方程：E k＝hν－W0可知，逸出的光电子的最大初动能与光的强度无关，故D错误．7.如图3所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为()图3A．1.9 eVB．0.6 eVC．2.5 eVD．3.1 eV答案 A解析由题意知光电子的最大初动能为E k＝eU c＝0.6 eV所以根据光电效应方程E k＝hν－W0可得W0＝hν－E k＝(2.5－0.6) eV＝1.9 eV.。
高中物理选修3-5导学案第十七章 2(课时2)
2 光的粒子性(课时2)[学科素养与目标要求]物理观念：1.理解光电效应方程及其意义.2.了解康普顿效应及其意义，了解光子的动量． 科学思维：1.会用爱因斯坦光电效应方程分析有关问题.2.会用图象描述光电效应有关物理量之间的关系，能利用图象求最大初动能、截止频率和普朗克常量．一、光电效应方程E k ＝hν－W 0的应用1．光电效应方程的理解(1)E k 为光电子的最大初动能，与金属的逸出功W 0和光的频率ν有关．(2)若E k ＝0，则hν＝W 0，此时的ν即为金属的截止频率νc .2．光电效应现象的有关计算(1)最大初动能的计算：E k ＝hν－W 0＝hν－hνc ；(2)截止频率的计算：hνc ＝W 0，即νc ＝W 0h； (3)遏止电压的计算：－eU c ＝0－E k ，即U c ＝E k e ＝hν－W 0e.例1 在光电效应实验中，某金属的截止频率相对应的光的波长为λ0，该金属的逸出功为______．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其最大的初动能为______．(已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e 、c 和h )答案 hc λ0 hc (λ0－λ)λ0λ解析 由光电效应方程知，光电子的最大初动能E k ＝hν－W 0，其中金属的逸出功W 0＝hν0，又由c ＝λν知W 0＝hc λ0，用波长为λ的单色光照射时，其E k ＝hc λ－hc λ0＝hc λ0－λλ0λ. 针对训练1 用波长为2.0×10－7 m 的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的初动能是 3.7×10－19J.由此可知，钨的截止频率约为(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，光速c ＝3.0×108 m/s)( )A ．5.5×1014HzB ．7.9×1014HzC ．9.4×1014HzD ．1.2×1015Hz答案 C 解析 由光电效应方程E k ＝hν－W 0，紫外线的频率为ν＝c λ，逸出功W 0＝hνc ，联立可得νc ＝c λ－E k h≈9.4×1014Hz ，故C 正确． 二、光电效应图象问题1．E k －ν图线如图1所示，为光电子最大初动能E k 随入射光频率ν的变化图线，由E k ＝hν－W 0知，横轴上的截距是阴极金属的截止频率νc ，纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值－W 0，斜率是普朗克常量h .图12．I －U 图线如图2所示是光电流I 随光电管两极板间电压U 的变化曲线，图中 I m 为饱和光电流，U c 为遏止电压．图2说明：(1)由E k＝eU c和E k＝hν－W0知，同一色光，遏止电压相同，与入射光强度无关；不同色光，频率越大，遏止电压越大；(2)在入射光频率一定时，饱和光电流随入射光强度的增大而增大．例2用不同频率的紫外线分别照射钨板和锌板而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能E k随入射光的频率ν变化的E k－ν图象，已知钨元素的逸出功为3.28 eV，锌元素的逸出功为3.34 eV，若将两者的图象分别用实线与虚线画在同一个E k－ν图上．则下图中正确的是()答案 A解析根据光电效应方程E k＝hν－W0可知E k－ν图象的斜率为普朗克常量h，因此图中两图线应平行，C、D错；横轴的截距表示恰能发生光电效应(光电子最大初动能为零)时的入射光的频率即截止频率．由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的截止频率越大，则知能使金属锌发生光电效应的截止频率较大，A对，B错．处理图象问题时要理解图象的物理意义，写出图象所对应的函数关系式，明确斜率和截距的物理意义.针对训练2(多选)(2018·张家口市高二下期末)如图3，直线为光电子最大初动能与入射光频率的关系，已知直线的纵、横截距分别为－a、b，电子电荷量为e，下列表达式正确的是()图3A ．普朗克常量h ＝b aB ．金属的截止频率νc ＝bC ．金属的逸出功W 0＝aD ．若入射光频率为2b ，则光电子的初动能一定为a答案 BC解析 根据光电效应方程E k ＝hν－W 0＝hν－hνc 知光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν成线性关系，E k －ν图线的斜率表示普朗克常量，根据图线斜率可得出普朗克常量h ＝a b，逸出功W 0＝a .横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的截止频率b ，故B 、C 正确，A 错误；据光电效应方程可知，入射光频率为2b 时，最大初动能为：h ·2b －a ＝a ，并非光电子的初动能一定为a ，故D 错误．例3(多选)在如图4所示的光电管的实验中(电源正、负极可以对调)，用同一光电管得到了三条可见光的光电流与电压之间的关系曲线(图中的甲光、乙光、丙光)．下列说法中正确的有()图4A．只要电流表中有电流通过，光电管中就发生了光电效应B．同一光电管对不同颜色的单色光有各自不同的截止频率C．电流表G的电流方向可以是a流向b、也可以是b流向aD．由于甲光和乙光有共同的U c2，可以确定甲光和乙光是同一种色光答案AD解析由题图可知，只要电流表中有电流，则有光电子通过电流表，因此一定会发生光电效应，故A正确；同一金属，截止频率是相同的，故B错误；由光电管结构可知，光电子由右向左运动，则电流方向是从左向右，即a流向b，故C错误；根据eU c＝E k＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压U c越大，甲光、乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，即为同种光，故D正确．三、康普顿效应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的现象．2．康普顿效应：康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．3．康普顿效应的解释假定光子与电子发生弹性碰撞，按照爱因斯坦的光子说，一个光子不仅具有能量E＝hν，而且还有动量．如图5所示．这个光子与静止的电子发生弹性碰撞，光子把部分能量转移给了电子，能量由hν减小为hν′，因此频率减小，波长增大．同时，光子还使电子获得一定的动量．这样就圆满地解释了康普顿效应．图54．康普顿效应的意义康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性．例4科学研究证明，光子既有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中()A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，动量守恒，且λ<λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′答案 C解析能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，既适用于宏观世界也适用于微观世界．光，当光子与子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律，光子与电子碰撞前光子的能量ε＝hν＝h cλ电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量ε′＝hν′＝h c，由ε>ε′，可知λ′λ<λ′，选项C正确．提示光子不仅具有能量E＝hν，而且还具有动量，光子与物质中的微粒碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律.1．(康普顿效应)白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比()A．频率变大B．速度变小C．光子能量变大D．波长变长答案 D解析光子与电子碰撞时，遵守动量守恒定律和能量守恒定律，自由电子被碰前静止，被碰后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，由E＝hν知，频率变小，波长变长，故选项D正确．2．(光电效应的图象)(2019·鹤壁市高二下质检)用三种不同的单色光照射同一金属做光电效应实验，得到的光电流与电压的关系如图6所示，则下列说法正确的是()图6A．单色光A和B是颜色相同、强度不同的光B．单色光A的频率大于单色光C的频率C．单色光A的遏止电压大于单色光C的遏止电压D．A光对应的光电子最大初动能大于C光对应的光电子最大初动能答案 A解析由题图可知，单色光A和单色光B的遏止电压相同，所以它们是同一色光，相同电压时，单色光A对应的光电流更大，说明单位时间内照射的光电子数更多，即单色光A更强，故A正确；根据eU c＝E k＝hν－W0，可知入射光的频率越高，对应的遏止电压U c越大，由题图可知单色光C的遏止电压大于单色光A的遏止电压，故单色光C的频率大于单色光A的频率，则单色光C对应的光电子的最大初动能大于单色光A对应的光电子的最大初动能，故B、C、D错误．3．(光电效应方程的应用)(2018·邢台市期末)若能量为E0的光子射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子的最大初动能为E，则能量为2E0的光子射到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为()A．E0＋E B．E0－EC．2E D．2E0－E答案 A解析设该金属的逸出功为W0，若用能量为E0的光子射到该金属表面时，产生光电子的最大初动能为E，根据光电效应方程知：E＝E0－W0；改用能量为2E0的光子射到该金属表面时，金属的逸出功不变，逸出的光电子的最大初动能为E k ＝2E 0－W 0＝E 0＋E ，故A 正确． 4．(光电效应方程的应用)(2018·鹤壁市高二下质检)1916年，美国著名实验物理学家密立根，完全肯定了爱因斯坦的光电效应方程，并且测出了当时最精确的普朗克常量h 的值，从而赢得1923年度诺贝尔物理学奖．若用如图7甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压U c 与入射光频率ν，作出如图乙所示的U c －ν图象，电子电荷量e ＝1.6×10－19C ，则下列说法正确的是( )图7A ．图甲中电极A 连接电源的正极B ．普朗克常量约为6.64×10－34J·sC ．该金属的截止频率为5.0×1014 HzD ．该金属的逸出功约为6.61×10－19J答案 C解析 电子从K 极出来，在电场力的作用下做减速运动，所以电场线的方向向右，所以A 极接电源负极，故A 错；由爱因斯坦光电效应方程得：E k ＝hν－W 0，电子在电场中做减速运动，由动能定理可得：－eU ＝0－E k ，解得U ＝hνe －W 0e .由题图可知，金属的截止频率等于νc ＝5.0×1014Hz ，图象的斜率代表了k ＝he ，结合数据解得：h ≈6.61×10－34 J·s ，故B 错误，C 正确；金属的逸出功W 0＝hνc ＝6.61×10－34×5.0×1014 J ＝3.31×10－19 J ，故D 错误．一、选择题考点一 光电效应方程的应用1．分别用波长为λ和23λ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.hc 2λ B.3hc 2λ C.3hc 4λ D.2hλc 答案 A解析 根据光电效应方程得E k1＝h cλ－W 0①E k2＝h c23λ－W 0②又E k2＝2E k1③联立①②③得W 0＝hc2λ，A 正确．2．(2018·全国卷Ⅱ)用波长为300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J ．已知普朗克常量为6.63×10－34J·s ，真空中的光速为3.00×108 m·s －1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( ) A ．1×1014 Hz B ．8×1014 Hz C ．2×1015 Hz D ．8×1015 Hz答案 B解析 设单色光的最低频率为ν0，由E k ＝hν－W 0知 E k ＝hν1－W 0,0＝hν0－W 0，又知ν1＝c λ整理得ν0＝c λ－E kh，解得ν0≈8×1014 Hz.3．(2018·贵港高中期中检测)某同学采用如图1所示的实验装置来研究光电效应现象．当用某单色光照射光电管的阴极K 时，会发生光电效应现象．闭合开关S ，在阳极A 和阴极K 之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此电压表的电压值U 称为遏止电压，根据遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能E k .现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U 1和U 2，设电子质量为m 、电荷量为e ，则下列关系式中错误的是( )图1A ．用频率为ν1的单色光照射阴极K 时，光电子的最大初速度v 1m ＝2eU 1mB ．阴极K 金属的逸出功W 0＝hν1－eU 1C ．阴极K 金属的截止频率νc ＝U 2ν1－U 1ν2U 1－U 2D ．普朗克常量h ＝e (U 1－U 2)ν1－ν2答案 C解析 由eU 1＝12m v 1m 2，可知v 1m ＝2eU 1m，故A 正确；由光电效应方程，可得E k ＝hν1－W 0，又eU 1＝E k ，可得W 0＝hν1－E k ＝hν1－eU 1，故B 正确；根据W 0＝hνc 得νc ＝W 0h ＝ν1－eU 1h＝ν2－eU 2h ，解得νc ＝U 2ν1－U 1ν2U 2－U 1，h ＝e (U 1－U 2)ν1－ν2，故C 错误，D 正确．考点二 光电效应的图象问题4．(多选)(2018·齐齐哈尔八中高二下期中)如图2是某金属在光的照射下，光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象．由图象可知()图2A．该金属的逸出功等于hνcB．从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为ED．相同频率的光照射到不同的金属上，逸出功越大，出射的光电子最大初动能越小答案ACD解析根据E k＝hν－W0得，金属的截止频率等于νc，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，逸出功等于E，则E＝W0＝hνc，故A正确；根据E k＝hν－W0，可知从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率不是成正比关系，故B错误；根据E k′＝2hνc－W0，而E＝W0＝hνc，故E k′＝hνc＝E，故C正确；根据E k＝hν－W0，可知相同频率的光照射到不同的金属上，逸出功越大，出射的光电子最大初动能越小，故D正确．5.(2018·宾阳中学期末)用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流I随电压U 的变化图象如图3所示，已知普朗克常量为h，电子的带电荷量为e，下列说法中正确的是()图3A ．入射光越强，光电子的能量越高B ．光电子的最大初动能为hν0C ．该金属的逸出功为hν0－eU cD ．用频率为eU ch 的光照射该金属时不可能发生光电效应答案 C解析 由光电效应方程E k ＝hν－W 0，可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关，A 、B 错．由题图知遏止电压为U c ，根据eU c ＝E k ＝hν0－W 0，所以W 0＝hν0－eU c ，C 正确．若入射光的频率为eU ch ，此时光子的能量为eU c ，但不能确定eU c 与W 0之间的大小关系，也就不能确定是否能发生光电效应，D 错．6．(2018·孝感八校高二下期末联考)实验得到金属钙的光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系如图4所示．下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照下表可以确定的是( )图4A.如用金属钨做实验得到的E k－ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大B．如用金属钠做实验得到的E k－ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大C．如用金属钨做实验，当入射光的频率ν＜νc时，可能会有光电子逸出D．如用金属钠做实验得到的E k－ν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为(0，－E k2)，则E k2＜E k1答案 D解析由光电效应方程E k＝hν－W0可知E k－ν图线是直线，且斜率相同，A、B项错；如用金属钨做实验，当入射光的频率ν<νc时，不可能会有光电子逸出，故C错误；如用金属钠做实验得到的E k－ν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为(0，－E k2)，由于钠的逸出功小于钙的逸出功，则E k2<E k1，故D正确．7．(多选)(2019·通榆一中期中)如图5所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19C，由图可知()图5A ．该金属的截止频率为4.27×1014HzB ．该金属的截止频率为5.5×1014HzC ．该图线的斜率表示普朗克常量D ．该金属的逸出功约为1.77 eV 答案 ACD解析 由光电效应方程E k ＝hν－W 0可知图线的横截距表示该金属的截止频率，νc ＝4.27×1014Hz ，故A 正确，B 错误；由光电效应方程E k ＝hν－W 0可知，该图线的斜率表示普朗克常量，故C 正确；该金属的逸出功W 0＝hνc ＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19eV ≈1.77 eV ，故D 正确．8．(多选)在光电效应实验中，波长为λ1的光恰好能使金属P 发生光电效应，波长为λ2的光恰好能使金属Q 发生光电效应，已知波长λ1>λ2，下列选项A 、B 是两种金属的光电子最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象；选项C 、D 是用甲光照射金属P 、乙光照射金属Q 的光电流I 与光电管两端电压U 的关系图象，已知甲、乙两束光的频率ν甲>ν乙，则下列选项中正确的是( )答案AD解析根据光电效应方程E k＝hν－W0知，E k－ν图线的斜率表示普朗克常量，横截距表示最大初动能为零时的入射光频率，已知波长λ1>λ2，所以ν1<ν2，因此Q的横截距大，A正确，B错误；光电流I与光电管两端电压U的关系图象与电压轴的交点表示遏止电压，因eU c＝hν－hνc，由于两束光的频率ν甲>ν乙，所以P的遏止电压大，故C错误，D正确．二、非选择题9.(2018·抚顺六校高二下期末)如图6所示，光电管的阴极K是用极限波长为λ0＝5.0×10－7m 的钠制成．现用波长为λ＝3.0×10－7m的紫外线照射阴极K，当光电管阳极A和阴极K之间的电压U＝2.1 V时，光电流达到最大值I m＝0.56 μA.已知元电荷的电荷量e＝1.60×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s.求：图6(1)每秒内由阴极K 发射的光电子数目n ；(2)电子到达阳极A 时的最大初动能E km ；(保留三位有效数字)(3)该紫外线照射下阴极的遏止电压U c .(保留三位有效数字) 答案 (1)3.5×1012个 (2)6.01×10－19 J(或3.76 eV) (3)1.66 V解析 (1)光电流达到最大值时I m ＝q t，又q ＝ne ，其中t ＝1 s ，解得n ＝3.5×1012个 (2)设光电子从阴极K 逸出时的最大初动能为E km0由光电效应方程有E km0＝h c λ－h c λ0由动能定理得E km ＝E km0＋Ue解得E km ≈6.01×10－19 J(或3.76 eV)(3)由eU c ＝E km0可得U c ≈1.66 V.。
物理：17.2 光的粒子性(一) 导学案(人教版选修3-5)
班级________姓名________层次________物理:17．2 光的粒子性（一）导学案（人教版选修3-5)编写人：曹树春审核:高二物理组寄语：要改变命运,首先改变自己！学习目标：1．通过实验了解光电效应的实验规律.2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
学习重点:光电效应的实验规律学习难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义学习过程：一。
光电效应的实验规律1、课本30页图17.2-1演示实验现象说明了什么?________________________________________________________ 2、光电效应：____________________________________________ ___________________称为光电子____________________叫光电流3、光电效应实验规律（1)存在饱和电流（课本图17.2—2）光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。
因为光照条件一定时，K发射的电子数目一定。
实验表明：________________________________________________——-—--—-——-—---—----—-—-————--————---—-—-———----—--—-————-(2)存在遏止电压和截止频率a.存在遏止电压UC使光电流减小到零的反向电压U=0时，I≠0，因为电子有初速度加反向电压，如右图所示:光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运动.若则I=0，式中UC 为遏止电压 v c最大的初动能 实验表明:a 光电子的最大初动能只与______________有关,与入射光的______无关。
b 当入射光的频率减小到某一值v c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。
v c称为________或________当入射光的______低于________时不发生光电效应。
高三物理选修3-5第十七章波粒二象性第二节光的粒子性导学案设计
高三物理选修3-5第十七章波粒二象性第二节光的粒子性导学案【教学目标】1．了解光电效应及其实验规律，感受以实验为基础的科学研究方法。
2．知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，感受科学家在面对科学疑难时的创新精神。
3．了解康普顿效应及其意义。
【教学重点】光电效应的实验规律。
【教学难点】爱因斯坦光电效应方程以及意义。
【自主学习】知识点一：光电效应的实验规律1．演示实验：把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。
用紫外线灯照射锌板如图所示，观察验电器指针的变化。
2．当光线照射在金属表面时，能使金属中的电子从表面逸出。
这个现象称为，逸出的电子称为。
3．可以用如图所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量间的关系。
阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K在受到光照时能够发射光电子。
K与A之间电压的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。
电源按图示极性连接时，阳极A吸收阴极K发出的光电子，在电路中形成光电流。
4．存在着饱和电流（1）在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。
也就是说，在电流较小时电流随着电压的增大而增大；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会增大了，如图所示。
（2）这说明，在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发出的光电子的数目是一定的，电压增加到一定值时所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。
（3）实验表明，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。
5．存在着遏止电压和截止频率（1）当所加电压U为0时，电流I并不为0。
只有施加反向电压，也就是阴极接电源正极，阳极接电源负极，在光电管两级间形成使电子减速的电场，电流才有可能为0。
使光电流减小到0的反向电压Uc称为。
遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度，初速度的上限vc应该满足关系为m e v c2=eU c（2）实验表明，对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。
高中物理选修3-5导学案第十八章 1
1电子的发现[学科素养与目标要求]物理观念：1.知道阴极射线是由电子组成的，电子是原子的组成部分.2.知道电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的整数倍.3.领会电子的发现对揭示原子结构的重大意义．科学思维：体会电子的发现过程中蕴含的科学方法．一、阴极射线1．实验装置：如图1所示，真空玻璃管中K是金属板制成的阴极，A是金属环制成的阳极；把它们分别连接在感应圈的负极和正极上．图12．实验现象：玻璃壁上出现淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影．3．阴极射线：荧光是由于玻璃受到阴极发出的某种射线的撞击而引起的，这种射线被命名为阴极射线．二、电子的发现1．汤姆孙的探究(1)让阴极射线分别通过电场和磁场，根据偏转情况，证明它是带负电(选填“正电”或“负电”)的粒子流并求出了它的比荷．(2)换用不同材料的阴极做实验，所得比荷的数值都相同，说明这种粒子是构成各种物质的共有成分．(3)进一步研究新现象，不论是由于正离子的轰击、紫外光的照射、金属受热还是放射性物质的自发辐射，都能发射同样的带电粒子——电子．由此可见，电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元．2．密立根“油滴实验”(1)精确测定电子电荷．(2)电荷是量子化的．3．电子的有关常量判断下列说法的正误．(1)玻璃壁上出现的影是玻璃受到阴极射线的撞击而产生的．(×)(2)阴极射线在真空中沿直线传播．(√)(3)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射．(×)(4)组成阴极射线的粒子是电子．(√)(5)电子是原子的组成部分，电子电荷量可以取任意数值．(×)一、对阴极射线的认识1.在如图所示的演示实验中，K是金属板制成的阴极，A是金属环制成的阳极．K和A之间加上近万伏的高电压后，管端玻璃壁上能观察到什么现象？该现象说明了什么问题？答案能看到玻璃壁上淡淡的荧光及管中物体在玻璃壁上的影，这说明阴极能够发出某种射线，并且撞击玻璃引起荧光．2．如何判断阴极射线的带电性质？答案方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定带电的性质．方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据荧光屏上亮点位置的变化和磁场方向利用左手定则确定带电的性质．1．对阴极射线本质的认识——两种观点(1)电磁波说，代表人物——赫兹，他认为这种射线是一种电磁辐射．(2)粒子说，代表人物——汤姆孙，他认为这种射线是一种带电粒子流．2．阴极射线带电性质的判断方法(1)方法一：在阴极射线所经区域加上电场，通过打在荧光屏上的亮点位置的变化和电场的情况确定带电的性质．(2)方法二：在阴极射线所经区域加一磁场，根据亮点位置的变化和左手定则确定带电的性质．3．实验结果根据阴极射线在电场中和磁场中的偏转情况，判断出阴极射线是粒子流，并且带负电．例1关于阴极射线，下列说法正确的是() A．阴极射线就是稀薄气体导电时的辉光放电现象B．阴极射线是在真空管内由正极放出的电子流C．阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦命名的D．阴极射线就是X射线答案 C解析阴极射线是在真空中由负极发出的电子流，故A、B错误；阴极射线是由德国物理学家戈德斯坦在1876年提出并命名的，故C正确；阴极射线本质是电子流，故D错误．对阴极射线的理解1．阴极射线实际上就是电子流．2．辉光现象产生的条件：玻璃管中气体稀薄．3．阴极射线的来源：若真空度高，阴极射线的粒子主要来自阴极；若真空度不高，粒子还可能来自管中气体．4．阴极射线不是X射线．针对训练(多选)一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线径迹下偏，如图2所示．则()图2A．导线中的电流由A流向BB．导线中的电流由B流向AC．若要使电子束的径迹向上偏，可以通过改变AB中电流的方向来实现D．电子的径迹与AB中电流的方向无关答案BC解析在阴极射线管中射出的阴极射线是带负电的电子流，在导线AB形成的磁场中向下偏转，由左手定则可知磁场是垂直纸面向里的，根据安培定则可知导线AB中的电流是由B流向A的，A错，B对；通过改变AB中的电流方向可以改变磁场方向从而使阴极射线的受力方向向上，使电子束的径迹向上偏，C 对；由此可知电子束的径迹与AB 中的电流方向即通电直导线AB 形成的磁场方向有关，D 错． 二、带电粒子比荷的测定及电子的发现1．如何测定射线粒子的比荷？阅读课本，请提出一种可行的方案． 答案 (1)让粒子通过正交的电磁场(如图)，使其做匀速直线运动，根据二力平衡，即Bq v ＝qE 得到粒子的运动速度v ＝EB .(2)在其他条件不变的情况下，撤去匀强电场(如图)，保留磁场，让粒子在匀强磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即q v B ＝m v 2r ，根据磁场情况和轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r . (3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：q m ＝EB 2r.2．电子电荷的精确测定是密立根通过“油滴实验”测定的，密立根实验的重要意义是什么？ 答案 发现电荷是量子化的，即任何电荷只能是e 的整数倍．1．利用磁偏转测量(1)让带电粒子通过相互垂直的匀强电场和匀强磁场，如图3所示，使其做匀速直线运动，根据二力平衡，即F 洛＝F 电(Bq v ＝qE )，得到粒子的运动速度v ＝E B.图3(2)撤去电场，如图4所示，保留磁场，让粒子单纯地在磁场中运动，由洛伦兹力提供向心力，即Bq v ＝m v 2r，根据轨迹偏转情况，由几何知识求出其半径r .图4(3)由以上两式确定粒子的比荷表达式：q m ＝EB 2r .最后经定量计算汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子． 2.利用电偏转测量带电粒子在匀强电场中运动，如图5.偏转量y ＝12at 2＝12·qU md (L v )2，故q m ＝2yd v 2UL 2，所以在偏转电场中，U 、d 、L 已知时，只需测量v 和y 即可．图53．电子发现的意义(1)电子发现以前人们认为物质由分子组成，分子由原子组成，原子是不可再分的最小微粒．(2)现在人们发现了各种物质里都有电子，而且电子是原子的组成部分．(3)电子带负电，而原子是电中性的，说明原子是可再分的．例2 如图6所示，初速度可忽略不计的电子经加速电场加速后从小孔O 进入磁感应强度为B 的有界匀强磁场，磁场宽度为l ，射出磁场时电子的偏转角为α.已知加速电场电势差为U ，求电子的比荷．图6答案 2U sin 2αB 2l 2解析 在加速电场中由动能定理得eU ＝12m v 2 在匀强磁场中由牛顿第二定律得e v B ＝m v 2R如图所示，由几何关系得R ＝l sin α解得：e m ＝2U sin 2αB 2l2带电粒子的比荷常见的三种测量方法1．利用磁偏转测比荷：由q v B ＝m v 2R 得q m ＝v BR ，只需知道磁感应强度B 、带电粒子的初速度v 和偏转半径R 即可．2．利用电偏转测比荷：偏转量y ＝12at 2＝12·qU md ⎝⎛⎭⎫L v 2，故q m ＝2yd v 2UL 2，所以在偏转电场U 、d 、L 已知时，只需测量v 和y 即可．3．利用加速电场测比荷：由动能定理qU ＝12m v 2得q m ＝v 22U，只需测出v 即可．1．(对阴极射线的认识)(多选)下面对阴极射线的认识正确的是()A．阴极射线是由阴极发出的粒子撞击玻璃管壁上的荧光粉而产生的B．只要阴阳两极间加有电压，就会有阴极射线产生C．阴极射线是真空玻璃管内由阴极发出的射线D．阴阳两极间加有高压时，电场很强，阴极中的电子受到很强的库仑力作用而脱离阴极答案CD解析阴极射线是真空玻璃管内由阴极直接发出的射线，故A错误，C正确；只有当两极间有高压且阴极接电源负极时，阴极中的电子才会受到足够大的库仑力作用而脱离阴极成为阴极射线，故B错误，D正确．2．(电子发现的意义)(多选)关于电子的发现，下列说法正确的是()A．电子的发现，说明原子是由电子和原子核组成B．电子的发现，说明原子具有一定的结构C．在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒D．电子带负电，使人们意识到原子内应该还有带正电的部分答案BCD解析发现电子时，人们对原子的结构仍然不清楚，但它使人们意识到电子应该是原子的组成部分，故A错误，B正确；在电子被人类发现前，人们认为原子是组成物质的最小微粒，C正确；原子对外显电中性，而电子带负电，使人们意识到原子中应该还有其他带正电的部分，D正确．3．(对电子的认识)(多选)1897年英国物理学家汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是( )A ．任何物质中均有电子B ．不同物质中具有不同性质的电子C ．电子质量是质子质量的1 836倍D ．电子是一种粒子，是比原子更基本的物质单元答案 AD解析 汤姆孙用不同的材料做阴极，都能发现阴极射线且阴极射线均为同一物质——电子，这说明任何物质中均含有电子，A 对，B 错；根据对电子比荷的测定可知，电子电荷量和氢原子核的电荷量相同，电子的质量远小于质子质量，是质子质量的11 836，说明电子有质量和电荷量，是一种粒子，并且电子是比原子更基本的物质单元，C 错，D 对．4．(电子比荷的测定)密立根油滴实验原理如图7所示，两块水平放置的金属板分别与电源的正、负极相接，板间距离为d ，板间电压为U ，形成竖直向下、场强为E 的匀强电场．用喷雾器从上板中间的小孔喷入大小、质量和电荷量各不相同的油滴．通过显微镜可找到悬浮不动的油滴，若此悬浮油滴的质量为m ，重力加速度为g ，则下列说法正确的是( )图7A ．悬浮油滴带正电B ．悬浮油滴的电荷量为mg UC ．增大场强，悬浮油滴将向上运动D ．油滴的电荷量不一定是电子电荷量的整数倍答案 C解析 带电油滴在两板间静止时，电场力向上，应带负电，A 项错误；qE ＝mg ，即q U d＝mg ，所以q ＝mgd U，B 项错误；当E 变大时，qE 变大，合力向上，油滴将向上运动，C 项正确；任何带电物体的电荷量都是电子电荷量的整数倍，D 项错误．5．(电子比荷的测定)如图8所示，电子以初速度v 0从O 点沿OO ′进入长为l 、板间距离为d 、电势差为U 的平行板电容器中，出电场时打在屏上P 点，经测量O ′、P 的距离为y 0，求电子的比荷．(电子电荷量为e )图8答案 2dy 0v 02Ul 2解析 由于电子进入电场中做类平抛运动，沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动，满足y 0＝12at 2＝12·e U d m ⎝⎛⎭⎫l v 02＝eUl 22md v 20，则e m ＝2dy 0v 02Ul 2.。
高中物理选修3-5导学案第十八章 3
3 氢原子光谱[学科素养与目标要求]物理观念：1.知道什么是光谱，掌握连续谱和线状谱的区别.2.记住氢原子光谱的实验规律.3.知道什么是光谱分析．科学思维：应用巴耳末公式进行简单计算．科学态度：知道经典物理学在解释原子的稳定性和原子光谱分立特性上的困难．一、光谱1．定义：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录． 2．分类(1)线状谱：光谱是一条条的亮线． (2)连续谱：光谱是连在一起的光带．3．特征谱线：各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光，不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率不一样，光谱中的亮线称为原子的特征谱线． 4．应用：利用原子的特征谱线，可以鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析，它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10－10g 时就可以被检测到．二、氢原子光谱的实验规律1．许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径．2．氢原子光谱的实验规律满足 巴耳末公式：1λ＝R (122－1n2)(n ＝3,4,5…)式中R为里德伯常量，R＝1.10×107 m－1，n取整数．3．巴耳末公式的意义：以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征．三、经典理论的困难1．核式结构模型的成就：正确地指出了原子核的存在，很好地解释了α粒子散射实验．2．经典理论的困难：经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征．判断下列说法的正误．(1)各种原子的发射光谱都是连续谱．(×)(2)各种原子的发射光谱都是线状谱，并且只能发出几种特定频率的光．(√)(3)线状谱和连续谱都可以用来鉴别物质．(×)(4)可以利用光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成成分．(√)(5)巴耳末公式中的n既可以取整数也可以取小数．(×)一、光谱和光谱分析如图所示为不同物体发出的不同光谱．(1)钨丝白炽灯的光谱与其他三种光谱有什么区别？(2)铁电极弧光灯的光谱、分子状态的氢光谱、钡光谱的特征相同吗？答案(1)钨丝白炽灯的光谱是连续的，中间没有暗线或亮线，而其他三种光谱是由一些不连续的亮线组成的．(2)这三种光谱中亮线的位置是不同的，即特征不同．1．光谱的分类光谱⎩⎨⎧发射光谱⎩⎪⎨⎪⎧连续谱线状谱吸收光谱2．几种光谱的比较3.太阳光谱(1)太阳光谱的特点：在连续谱的背景上出现一些不连续的暗线，是一种吸收光谱．(2)对太阳光谱的解释：阳光中含有各种颜色的光，但当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线的光，然后再向四面八方发射出去，到达地球的这些谱线看起来就暗了，这就形成了明亮背景下的暗线． 4．光谱分析(1)优点：灵敏度高，分析物质的最低含量达10－10g.(2)应用：a.发现新元素；b.鉴别物质的组成成分．(3)用于光谱分析的光谱：线状谱和吸收光谱．例1关于光谱，下列说法正确的是() A．一切光源发出的光谱都是连续谱B．一切光源发出的光谱都是线状谱C．稀薄气体发出的光谱是线状谱D．做光谱分析时，利用连续谱和线状谱都可以鉴别物质和确定物质的组成成分答案 C解析物体发光的发射光谱分为连续谱和线状谱，A、B错；做光谱分析可使用吸收光谱也可以使用线状谱，D错．稀薄气体发出的光谱是线状谱，此光谱是一些不连续的亮线，仅含有一些特定频率的光．线状谱中不同的谱线对应不同的频率，不同元素的原子产生的线状谱不同，因而可以用线状谱来确定物质的成分．例2利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法正确的是()A．利用高温物体的连续谱就可鉴别其组成成分B．利用物质的线状谱就可鉴别其组成成分C．高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分D．同一种物质的线状谱上的亮线与吸收光谱上的暗线，由于光谱的不同，它们没有关系答案 B解析高温物体的光谱包括了各种频率的光，与其组成成分无关，故A错误；某种物质发射的线状谱中的亮线与某种原子发出的某频率的光有关，通过这些亮线与原子的特征谱线对照，即可确定物质的组成成分，B 正确；高温物体发出的光通过某物质后某些频率的光被吸收而形成暗线，这些暗线由所经过的物质决定，C 错误；某种物质发出某种频率的光，当光通过这种物质时它也会吸收这种频率的光，因此同一物质线状谱中的亮线与吸收光谱中的暗线相对应，D 错误．二、氢原子光谱的实验规律及应用如图所示为氢原子的光谱．(1)仔细观察，氢原子光谱具有什么特点？(2)阅读课本，指出氢原子光谱的谱线波长具有什么规律？ 答案 (1)从右至左，相邻谱线间的距离越来越小．(2)可见光区域的四条谱线的波长满足巴耳末公式：1λ＝R (122－1n2)，n ＝3,4,5，…1．氢原子光谱的特点：在氢原子光谱图中的可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性．2．巴耳末公式(1)巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到公式：1λ＝R(122－1n2)(n＝3,4,5，…)，该公式称为巴耳末公式．式中R叫做里德伯常量，实验值为R＝1.10×107 m－1.(2)巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值，不能取连续值．巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征．3．其他谱线：除了巴耳末系，氢原子光谱在红外和紫外光区的其他谱线，也都满足与巴耳末公式类似的关系式．例3(多选)下列关于巴耳末公式1λ＝R(122－1n2)的理解，正确的是()A．此公式是巴耳末在研究氢原子光谱特征时发现的B．公式中n可取任意值，故氢原子光谱是连续谱C．公式中n只能取大于或等于3的整数值，故氢原子光谱是线状谱D．公式不但适用于氢原子光谱的分析，也适用于其他原子光谱的分析答案AC解析此公式是巴耳末在研究氢原子光谱在可见光区的四条谱线中得到的，只适用于氢原子光谱的分析，A对，D错；公式中n只能取大于或等于3的整数，λ不能连续取值，故氢原子光谱是线状谱，B错，C对．例4已知氢原子光谱中巴耳末系第一条谱线Hα的波长为656.47 nm，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中的光速c＝3×108 m·s－1.(1)试推算里德伯常量的值；(2)利用巴耳末公式求其中第四条谱线的波长和对应光子的能量．答案(1)1.097×107 m－1(2)4.102×10－7 m(或410.2 nm) 4.85×10－19 J解析(1)巴耳末系中第一条谱线对应n＝31λ1＝R⎝⎛⎭⎫122－132R＝365λ1≈1.097×107 m－1.(2)巴耳末系中第四条谱线对应n＝6，则：1λ4＝R ⎝⎛⎭⎫122－162 解得λ4＝92R ＝92×1.097×107m ≈4.102×10－7 m ≈410.2 nm E ＝hν4＝h c λ4≈4.85×10－19 J.1．(原子光谱的理解)对原子光谱，下列说法中不正确的是( )A ．原子光谱是不连续的B ．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的C ．由于各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同D ．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素答案 B解析 原子光谱为线状谱，A 正确；各种原子都有自己的特征谱线，故B 错，C 对；根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D 对．2．(光谱和光谱分析)(多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中正确的是( )A ．光谱包括发射光谱、连续谱、线状谱、原子光谱、吸收光谱五种光谱B ．往酒精灯的火焰上撒精盐，可以用分光镜观察到钠的线状谱C ．利用太阳光谱可以分析太阳的化学组成D ．各种原子的发射光谱都是线状谱答案 BD解析 光谱包括发射光谱和吸收光谱两种，其中发射光谱分为连续谱和线状谱，线状谱和吸收光谱都能体现不同原子的特征，称为原子光谱，各种原子的发射光谱都是线状谱，选项A错误，D 正确；往酒精灯的火焰上撒精盐，可以用分光镜观察到钠的线状谱，选项B 正确；太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的，说明太阳大气层中存在与这些暗线相对应的元素，但是不能分析太阳的化学组成，故C 错误．3．(氢原子光谱的实验规律)(多选)巴耳末通过对氢原子光谱的研究总结出巴耳末公式1λ＝R (122－1n 2)，n ＝3,4,5，…对此，下列说法正确的是( ) A ．巴耳末依据核式结构理论总结出巴耳末公式B ．巴耳末公式反映了氢原子发光的连续性C ．巴耳末依据氢原子光谱的分析总结出巴耳末公式D ．巴耳末公式反映了氢原子发光的分立性，其波长的分立值并不是人为规定的答案 CD解析 巴耳末公式是根据氢原子光谱总结出来的．氢原子光谱的不连续性反映了氢原子发光的分立性，即辐射波长的分立特征，选项C 、D 正确．4．(经典电磁理论与氢原子光谱的关系)(多选)关于经典电磁理论与氢原子光谱之间的关系，下列说法正确的是( )A ．经典电磁理论很容易解释原子的稳定性B ．根据经典电磁理论，电子绕原子核转动时，电子会不断释放能量，最后被吸附到原子核上C ．根据经典电磁理论，原子光谱应该是连续的D ．氢原子光谱彻底否定了经典电磁理论答案 BC解析 根据经典电磁理论：电子绕原子核转动时，电子会不断释放能量，最后被吸附到原子核上，原子不应该是稳定的，并且发射的光谱应该是连续的．氢原子光谱并没有完全否定经典电磁理论，而是引入了新的概念．故正确答案为B 、C.一、选择题考点一光谱和光谱分析1．(多选)下列物质中产生线状谱的是()A．炽热的钢水B．发光的日光灯管C．点燃的蜡烛D．极光答案BD解析炽热的钢水、点燃的蜡烛能产生连续谱，发光的日光灯管能产生水银蒸气的线状谱，极光是宇宙射线激发的气体发光，能产生线状谱．选项B、D正确．2．太阳的连续谱中有许多暗线，它们对应某些元素的特征谱线．产生这些暗线的原因是() A．太阳表面大气层中缺少相应的元素B．太阳内部缺少相应的元素C．太阳表面大气层中存在相应的元素D．太阳内部存在相应的元素答案 C解析由于对太阳光谱的成因认识不清，易误认为暗线是由于太阳内部缺少相应的元素产生的，因此错误地选择B.实际上太阳内部进行着激烈的核反应，它发出的连续谱经过温度比较低的太阳大气层时产生吸收光谱，我们通过对太阳光谱中暗线的分析，把它跟各种原子的特征谱线对照，就知道太阳大气层中含有氢、氮、氦、碳、镁、硅、钙、钠等几十种元素．因此正确答案为C.3．(多选)下列关于光谱的说法正确的是()A．连续谱就是由连续发光的物体产生的光谱，线状谱是线状光源产生的光谱B．通过对连续谱的光谱分析，可鉴定物质成分C．连续谱包括一切波长的光，线状谱只包括某些特定波长的光D．通过对线状谱的明线光谱分析或吸收光谱的暗线分析，可鉴定物质成分答案CD解析连续谱是指光谱由连续分布的一切波长的光组成的，而不是指光源是连续的．连续谱是由炽热固体、液体及高压气体发光产生的，同理线状谱是指光谱是由一些不连续的亮线组成的，由稀薄气体或金属蒸气所发出的光产生的，而不是指光源是线状的，A错，C对；光谱分析是根据不同原子都有自己的特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分的方法，连续谱含有一切波长的光，不是原子的特征谱线，不能用来进行光谱分析，而线状谱和吸收光谱都是原子自身的特征谱线，所以可以用来进行光谱分析，鉴定物质成分，其优点是灵敏度很高，在发现和鉴定元素上有着重大的意义，B错，D对．4.如图1甲所示为a、b、c、d四种元素的特征谱线，图乙是某矿物的线状谱，通过光谱分析可以确定该矿物中缺少的元素为()图1A．a元素B．b元素C．c元素D．d元素答案 B解析由矿物的线状谱与几种元素的特征谱线进行对照，b元素的谱线在该线状谱中不存在，故B正确．与几个元素的特征谱线不对应的线说明该矿物中还有其他元素．考点二 氢原子光谱的实验规律5．下列对氢原子光谱实验规律的认识中，正确的是( )A ．因为氢原子核外只有一个电子，所以氢原子只能产生一种波长的光B ．氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线C ．氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线D ．氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱有关答案 B解析 氢原子光谱是线状谱，波长是一系列不连续的、分立的特征谱线，并不是只含有一种波长的光，也不是亮度不连续的谱线，B 对，A 、C 错；氢原子光谱是氢原子的特征谱线，只要是氢原子发出的光，光谱就相同，与放电管的放电强弱无关，D 错．6．(多选)关于巴尔末公式的说法正确的是( )A ．氢光谱在各个光区的谱线都遵循与巴尔末公式类似的关系式B ．n 只能取整数不能取分数C ．巴尔末公式中的n 可以取任意的正整数D ．巴尔末公式能解释氢原子的光谱为什么是线性光谱答案 AB7．氢原子光谱巴耳末系最小波长与最大波长之比为( )A.59B.49C.79D.29答案 A解析 由巴耳末公式1λ＝R ⎝⎛⎭⎫122－1n 2 n ＝3,4,5，… 当n →∞时，有最小波长λ1，1λ1＝R 122， 当n ＝3时，有最大波长λ2，1λ2＝R ⎝⎛⎭⎫122－132，得λ1λ2＝59. 二、非选择题8．氢原子光谱除了巴耳末系外，还有赖曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为1λ＝R ⎝⎛⎭⎫132－1n 2，n ＝4、5、6…，R ＝1.10×107 m －1.若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域，试求：(1)n ＝6时，对应的波长；(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多大？n ＝6时，传播频率为多大？答案 (1)1.09×10－6 m (2)3×108 m/s 2.75×1014 Hz解析 (1)由帕邢系公式1λ＝R ⎝⎛⎭⎫132－1n 2，当n ＝6时，得λ≈1.09×10－6 m.(2)帕邢系形成的谱线在红外线区域，而红外线属于电磁波，在真空中以光速传播，故波速为光速c＝3×108 m/s，由v＝λT ＝λf，得f＝vλ＝cλ＝3×1081.09×10－6Hz≈2.75×1014 Hz.。
物理粤教版选修3-5学案第2章第二节光子
1．假说内容物体热辐射所发出的电磁波的能量是______的，只能是hν的______．2．能量量子hν称为一个能量量子，其中ν是辐射______，h是一个常量，称为普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s．3．假说的意义由假说出发可以非常合理地解释某些电磁波的______和______的实验现象．4．量子化现象在微观世界里，物理量的取值大多是________的，只能取一些______的值的现象．预习交流1如何解释测量一杯水温度的温度计的温度指示连续变化而不是一份一份的？二、光子假说1．内容：光的能量是______，而是________的，每一份叫做一个______，一个光子的能量ε＝____，式中h是普朗克常量，ν是光的频率．2．意义：利用光子假说，可以完美地解释________的各种特征．三、光电效应方程1．逸出功：电子从金属中逸出的过程，所需做功的______值，用符号W0表示，不同的金属逸出功不同．2．光电效应方程式：________________________．预习交流2同一频率的光照射不同金属发生光电效应时，光电子的初动能是否相同？四、对光电效应的解释1．对极限频率的解释物体内部的一个电子一般只吸收______光子的能量，如果光子的能量______电子的逸出功，那么无论光的强度（光子数目）有多大，照射时间多长，物体内部的电子都不能被激发出来，因此光电效应的条件是光子的能量ε＝hν必须______或至少______逸出功W0，即__________，而不同金属W0不同，因此不同金属的__________也不相同．2．对遏止电压与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关的解释遏止电压对应光电子的最大初动能，即：eU＝12mv2max，对应爱因斯坦的光电效应方程可得：eU＝______，可见，对某种金属而言，遏止电压只由______决定，与________无关．预习交流3答案：一、1．不连续 整数倍2．频率3．辐射 吸收4．不连续 分立预习交流1：答案：每一份能量量子很小（微观量），温度计示数变化1 ℃对应变化的能量很大（宏观量），由于温度计的精度不够，所以观察到的温度计温度不是一份一份地变化的．二、1．不连续的 一份一份 光子 hν2．光电效应三、1．最小2．hν＝12mv 2max ＋W 0 预习交流2：答案：不同．四、1．一个 小于 大于 等于 ν≥W 0h极限频率2．hν－W 0 频率 光强度预习交流3：答案：只有电子吸收了足够的能量后才能摆脱原子核的吸引而逃逸出原子．一、区分光电效应中的几组概念1．光电子的动能与光电子的最大初动能的区别是什么？2．什么是光电流和饱和光电流？3．什么是入射光强度与光子能量？（2010·上海单科）根据爱因斯坦光子说，光子能量ε等于（h 为普朗克常量，c 、λ为真空中的光速和波长）（ ）． A ．h c λB ．hλcC ．hλD ．h λ（1）光电效应的实质是光现象转化为电现象．（2）发生光电效应时，饱和光电流与入射光的强度有关，要明确不同频率的光、不同金属与光电流的对应关系．二、光电效应现象的解释1．光电效应方程的实质是什么？2．对光电效应方程hν＝W 0＋12mv 2max ，你是如何理解的？ 3．如何理解光电效应规律中的两个关系？4．光子说是如何正确解释光电效应的？（双选）下列对光电效应的理解正确的是（ ）．A ．金属内的每个电子要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，入射光强度越大，光子的能量就越大，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，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最小频率也不同光电效应的理解应从以下几点入手：（1）逸出功和截止频率均由金属本身决定，与其他因素无关，两者的关系是W0＝hν0；（2）光的强度决定了单位时间内逸出的光电子数目；（3）逸出的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．1．某金属在一束绿光照射下刚好能产生光电效应，如再增加一束绿光照射，则单位时间内逸出的电子数将________，逸出电子的最大初动能将________，如改用一束强度相同的紫光照射，逸出的电子的最大初动能将________，而单位时间内逸出的电子数将________．2．（双选）下列对于光子的认识，正确的是（）．A．光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的“微粒”B．光子说中的光子就是光电效应的光电子C．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子D．光子的能量跟光的频率成正比3．（双选）用绿光照射金属钾时恰能发生光电效应，在下列情况下仍能发生光电效应的是（）．A．用红光照射金属钾，而且不断增加光的强度B．用较弱的紫外线照射金属钾C．用黄光照射金属钾，且照射时间很长D．只要入射光的波长小于绿光的波长，就可发生光电效应4．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，可以（）．A．改用红光照射B．增大绿光强度C．增大光电管的加速电压D．改用紫光照射5．人眼对绿光最为敏感．正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，普朗克常量为6.63×10－34J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是（）．A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 WC．7.0×10－48 W D．1.2×10－48 W6．人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律．请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？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m e＝9.11×10－31 kg，普朗克常量h－34－19答案：活动与探究1：1．答案：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．2．答案：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．3．答案：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，光子能量即每个光子的能量．光子总能量等于光子能量与入射光子数目的乘积．迁移与应用1：A 解析：光子的能量ε＝hν，而ν＝c λ，故ε＝h c λ，A 项正确． 活动与探究2：1．答案：光电效应方程的实质就是能量转化和守恒定律．2．答案：（1）公式中的12mv 2max 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0～12mv 2max 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W ，则电子离开金属表面时动能最大为12mv 2max ，根据能量守恒定律可知： hν＝W 0＋12mv 2max ． （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E k ＝hν－W 0＞0，亦即hν＞W 0，ν＞W 0h ＝νc ，而νc ＝W 0h恰好是金属的极限频率． 3．答案：在光电效应实验规律中，有两个关系：光电子的最大初动能随入射光频率ν的增大而增大；光电流的强度跟入射光强度成正比．注意第一个关系中并不是成正比，而第二个关系是成正比，根据爱因斯坦光电效应方程hν＝12mv 2max ＋W 0，对于某一金属而言，逸出功W 0是一定值，普朗克常数h 是一常数，故从上式可看出，最大初动能12mv 2max 与入射光频率ν成一次函数关系，图像如图所示．我们容易推得，光电流的强度跟入射光的强度成正比．光电流的强度是指在垂直于光的传播方向上每平方米的面积上1 s 内通过的所有光子能量的总和．在光的频率一定时，光电流强度与入射光的强度成正比．4．答案：光子落在金属表面上，逸出电子，就像机枪子弹从混凝土墙上打下混凝土块一样．其一，解释截止频率的存在，电子要脱离原子核的引力，有一个最小能量，这个能量来自光子，与其频率成正比，最小能量对应的频率就是截止频率．其二，解释光电效应的瞬时性，电子吸收光子能量时间极短，几乎是瞬时完成的． 其三，用光电效应方程解释电子最大初动能只与入射光频率有关，其中W 0是逸出功，hν是光子能量，该式表示了金属表面逸出的电子的动能大小，可知电子的动能与光子能量的关系．其四，解释电流的强度与入射光的强度成正比．当已经发生光电效应时，光的强度越大，光子数目越多，当然逸出的电子数目也越多，电流的强度也越大．迁移与应用2：BD 解析：按照爱因斯坦的光子说，光子的能量是由光的频率决定的，与光的强度无关．入射光的频率越大，发生光电效应时逸出的光电子的最大初动能越大．但要使电子离开金属，应使电子具有足够的动能，而电子增加的动能只来源于照射光的光子能量，但电子只能吸收一个光子，不能吸收多个光子，因此如果光的频率低，即使照射时间足够长，也不会发生光电效应．电子从金属中逸出时只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小，这个功称为逸出功，不同金属的逸出功不同．故B 、D 正确．当堂检测1．答案：增多 不变 增大 减少2．CD3．BD 解析：光电效应的发生存在一个极限频率，同时对应着极限波长，只要照射出的频率大于极限频率（对应着小于极限波长）就会发生光电效应，与照射光的强度无关，红光和黄光的频率均小于绿光的频率，而紫光频率大于绿光的频率，故正确选项是B 、D ．4．D 解析：用绿光照射光电管时，能发生光电效应，说明绿光光子的能量大于该金属的逸出功，根据光电效应方程有12mv 2max ＝hν－W 0，现在要增大逸出的光子的最大初动能，必须增大照射光电子的能量．由于红光光子的能量小，紫光光子的能量较大，改用紫光照射才行，选项D 正确．增大绿光的强度只能增加光子的个数，不能增大最大动能．5．A 解析：P ＝E t ＝nhνt ＝nhc λt ＝6×6.63×10－34×3.0×108530×10－91W ＝2.3×10－18 W故选项A 正确．6．答案：爱因斯坦提出了光子学说 0.2 μm解析：爱因斯坦于1905年提出的光子学说成功解释了光电效应现象，12m e v 2max ＝hν－W 0，λ＝c ν，带入数据解得λ＝0.2 μm．。
2.2 光子 学案(2020年粤教版高中物理选修3-5)
2.2 光子学案（2020年粤教版高中物理选修3-5）第二节第二节光子光子学科素养与目标要求物理观念1.知道普朗克的能量量子假说.2.知道爱因斯坦的光子假说以及光子能量的表达式.3.知道爱因斯坦的光电效应方程以及对光电效应规律的解释.科学态度与责任了解能量子和量子化概念的提出过程，体会物理学发展的艰辛.科学思维1.应用光子假说解释光电效应的规律.2.应用光电效应方程解决光电效应综合问题.一.能量量子假说1.1900年，德国物理学家普朗克在研究电磁波的辐射问题时，首次提出能量量子假说，认为物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是h的整数倍，h称为一个能量量子，h称为普朗克常量.2.微观世界里，物理量的取值有很多时候是不连续的，只能取一些分立的值，这种现象称为量子化现象.二.光子假说和光电效应方程1.光子假说1爱因斯坦指出，光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，一个光子的能量为h.2光子概念是量子思想的一个质的飞跃，可以完美地解释光电效应的各种特征.2.光电效应方程1表达式h12mvmax2W0或12mvmax2hW0.2对光电效应方程的理解必须对内部电子做功，电子才能脱离离子的束缚而逸出表面，这个功称为金属的逸出功，用符号W0表示.根据能量守恒定律，入射光子的能量等于出射光电子的最大初动能与逸出功之和.三.光电效应的解释1.光电效应方程说明了产生光电效应的条件.若有光电子逸出，则光电子的最大初动能必须大于或等于零，即12mvmax2hW00，亦即hW0，W0h0，而0W0h恰好是光电效应的极限频率.2.对遏止电压与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关的解释遏止电压对应光电子的最大初动能，即eU012mvmax2，根据爱因斯坦的光电效应方程可得heU0W0，可见，对于某种金属，也就是逸出功W0一定的情况下，遏止电压只由入射光频率决定，与光的强弱无关.1.判断下列说法的正误.1物体热辐射的电磁波的能量是不连续的.2所谓量子化即物理量的取值是分立的，是不连续的.3从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小.4光电子的最大初动能与入射光的频率成正比.2.用如图1甲所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5eV的光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图象如图乙所示.则光电子的最大初动能为________J，金属的逸出功为________J.电子电荷量e1.61019C图1答案3.210194.81019解析由题图乙可知，当该装置所加的电压为反向电压等于2V时，电流表示数为0，故光电子的最大初动能为2eV3.21019J，根据光电效应方程可得，12mvmax2hW0，则W03eV4.81019J.一.对光子概念的理解1.对能量量子化的理解1物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态.2在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化.3能量子公式h是电磁波的频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为h6.6261034Js.4能量的量子化在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化.2.对光子概念的理解1光子不是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，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果.2光子的能量由光的频率决定h.3光的强度与光子的能量的关系入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积.例1人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉.普朗克常量为6.631034Js，光速为3108m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率约是A.2.31018WB.3.81019WC.7.01010WD.1.21018W答案A解析察觉到绿光所接收的最小功率PEt，因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，所以式中E6，又hhc，可解得P66.6310343108530109W2.31018W.提示解决此类题目的关键是熟练掌握h和c及EnPt 等公式.例2多选对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C.吸收的能量可以是连续的D.辐射和吸收的能量是量子化的答案ABD解析带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值能量子为单位一份一份地辐射或吸收的，是不连续的，故选项A.B.D正确，C错误.学科素养例2考查了带电微粒辐射.吸收的能量量子化的特点，加强了对能量量子化的认识，促进了能量量子化物理观念的形成.二.光电效应方程的理解与应用1.光电效应方程实质上是能量守恒方程1能量为h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.2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12mvmax2，根据能量守恒定律可知12mvmax2hW0.2.光子说对光电效应的解释1饱和电流与光强关系一定频率的光，光照强度越大，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和电流越大.2存在极限频率和遏止电压.例3多选在光电效应实验中，分别用频率为a.b的单色光a.b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub，光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量.下列说法正确的是A.若ab，则一定有UaUbB.若ab，则一定有EkaEkbC.若UaUb，则一定有EkaEkbD.若ab，则一定有haEkahbEkb答案BC解析由爱因斯坦光电效应方程得，EkhW0，由动能定理得，EkeU，若用a.b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同.当ab时，一定有EkaEkb，UaUb，故选项A错误，B正确；若UaUb，则一定有EkaEkb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0haEkahbEkb，故选项D错误.三.光电效应图象问题1.Ek图线如图2所示，为光电子最大初动能Ek随入射光频率的变化图线，由EkhW0知，横轴上的截距是阴极金属的极限频率0，纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值W0，斜率是普朗克常量h.图22.IU图线如图3所示是光电流I随光电管两极板间电压U的变化曲线，图中Im为饱和光电流，U0为遏止电压.图3说明1由EkeU0和EkhW0知，同一色光，遏止电压相同，与入射光强度无关；不同色光，频率越大，遏止电压越大；2在入射光频率一定时，饱和光电流随入射光强度的增大而增大.例4多选xx张家口市高二下学期期末如图4，直线为光电子最大初动能与入射光频率的关系，已知直线的纵.横截距分别为a.b，电子电荷量为e，下列说法正确的是图4A.普朗克常量hbaB.金属的极限频率0bC.金属的逸出功W0aD.若入射光频率为2b，则光电子的初动能一定为a答案BC解析根据光电效应方程EkhW0hh0知光电子的最大初动能Ek与入射光频率成线性关系，Ek图线的斜率表示普朗克常量，根据图线斜率可得出普朗克常量hab，逸出功W0a.横截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频率b，故B.C正确，A错误；据光电效应方程可知，入射光频率为2b 时，最大初动能为h2baa，但是光电子的初动能不一定为a，故D 错误.处理图象问题时要理解图象的物理意义，写出图象所对应的函数关系式，明确斜率和截距的物理意义.例5多选在如图5所示的光电管的实验中电源正.负极可以对调，用同一光电管得到了三条可见光的光电流与电压之间的关系曲线图中的甲光.乙光.丙光.下列说法中正确的有图5A.只要电流表中有电流通过，光电管中就发生了光电效应B.同一光电管对不同颜色的单色光有各自不同的极限频率C.电流表G的电流方向可以是a流向b，也可以是b流向aD.由于甲光和乙光有共同的U02，可以确定甲光和乙光是同一种色光答案AD解析由题图可知，只要电流表中有电流，则有光电子通过电流表，因此一定发生了光电效应，故A正确；同一金属，极限频率是相同的，故B错误；由光电管结构可知，光电子由右向左运动，则电流方向是从左向右，即a流向b，故C错误；根据eU0EkhW0，入射光的频率越高，对应的遏止电压U0越大，甲光.乙光的遏止电压相等，所以甲光.乙光的频率相等，即为同种光，故D正确.1.逸出功W0对应着某一极限频率0，即W0h0，只有入射光的频率0时才有光电子逸出，即才能发生光电效应.2.对于某一金属0一定，入射光的频率决定着能否发生光电效应及光电子的最大初动能，而与入射光的强度无关.3.逸出功和极限频率均由金属本身决定，与其他因素无关.1.对能量子的理解多选关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C.能量子与电磁波的频率成正比D.这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的答案BC解析由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍，A错误，B正确；能量子h，与电磁波的频率成正比，C正确.2.对光子的认识多选下列对光子的认识，正确的是A.光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的微粒B.光子说中的光子就是光电效应的光电子C.在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子D.光子的能量跟光的频率成正比答案CD解析根据光子说，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子.而牛顿的“微粒说”中的微粒指宏观世界的微小颗粒.光电效应中，金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚，逸出金属表面，成为光电子，故A.B选项错误，C选项正确；由h知，光子能量与其频率成正比，故D选项正确.3.光电效应方程的应用多选已知能使某金属产生光电效应的极限频率为0，则A.当用频率为20的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B.当用频率为20的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为h0C.当入射光的频率大于0时，若增大，则逸出功增大D.当入射光的频率大于0时，若增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍答案AB解析因入射光的频率大于或等于极限频率时会产生光电效应，所以A正确；因为金属的极限频率为0，所以逸出功W0h0，再由EkhW0得，Ek2h0h0h0，B正确；因为逸出功是光电子恰好逸出时需要做的功，对于同种金属是恒定的，故C 错误；由EkhW0hh0h0可得，当增大一倍时EkEk2002，故D错误.4.光电效应的图象问题在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U0与入射光的频率的关系如图6所示.若该直线的斜率和纵截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为______，所用材料的逸出功可表示为______.图6答案ekeb 解析光电效应中，入射光子能量h，克服逸出功W0后多余的能量转变为电子的最大初动能，eU0hW0，整理得U0heW0e，斜率为k，即hek，所以普朗克常量hek，纵截距为b，即ebW0，所以逸出功W0eb.。
高中物理 17.2 光的粒子性导学案 新人教版选修3-5(2021年整理)
安徽省潜山县高中物理17.2 光的粒子性导学案新人教版选修3-5 编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（安徽省潜山县高中物理17.2 光的粒子性导学案新人教版选修3-5）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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光的粒子性【学习目标】1.了解光电效应和光电效应的实验规律，以及光电效应与电磁理论的矛盾.2.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，并会用来解决简单的问题.3.了解康普顿效应及其意义，了解光子的动量．【重点难点】重点：知道光电效应的实验规律难点：结合爱因斯坦的光电效应方程理解光电效应的实验规律【导学】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_____从表面逸出的现象．2．光电子：光电效应中发射出来的_____3．光电效应的实验规律(1）存在着_____电流:在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流______（2）存在着遏止电压和_____频率：当入射光的频率____截止频率时不发生光电效应．(3)光电效应具有______：光电效应几乎是瞬时发生的，从光照射到产生光电流的时间不超过_____4．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．二、爱因斯坦光电效应方程1．光子说：光本身就是由一个个不可分割的______组成的,这些能量子被称为____，频率为ν的光子的能量为_____。
2．光电效应方程（1）表达式：_______________或_______________（2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是______，这些能量一部分用于克服金属的__________，剩下的表现为逸出后电子的_________三、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，因而传播方向发生改变的现象．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_______的成分．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_____，深入揭示了光的______的一面．4．光子的动量_________四、爱因斯坦的光电效应方程1．光电效应方程实质上是___________．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__________，另一部分就是___________．如果克服吸引力做功最少为W0，电子离开金属表面时最大初动能为E k，则根据能量守恒定律可知：_______________2．光电效应方程说明了产生光电效应的条件．若有光电子逸出，则光电子的最大初动能必须_______，即E k＝hν－W0〉0,亦即hν〉W0，ν〉错误!＝νc,而_________恰好是光电效应的截止频率．3．E k－ν曲线．如图所示是光电子最大初动能E k随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是___________；纵轴上的截距是___________；斜率为__________【导练】题组一光电效应现象及规律的理解1．对于任何一种金属，能发生光电效应的条件是( )A．入射光的强度大于某一极限强度B．入射光的波长大于某一极限波长C．入射光照射时间大于某一极限时间D．入射光的频率不低于某一极限频率2．当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则下列说法正确的是( ）A．增大绿光照射强度，光电子的最大初动能增大B．增大绿光照射强度，电路中光电流增大C．改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时,电路中一定有光电流D．改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流3．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4．如图所示，在研究光电效应的实验中，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单色光照射光电管时不发生光电效应，则( ）A．A光的强度大于B光的强度 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的电流方向是由a流向bD．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由b流向a5．某金属的逸出功为2.3 eV,这意味着( )A．这种金属内部的电子克服原子核引力做2。
人教版选修3-5 第十七章第2节光的粒子性 导学案设计
荆门市龙泉中学2020年高二下学期物理选修3—5第十七章第2节：光的粒子性导学案【知识总览】一、光电效应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的现象．2．光电子：光电效应中发射出来的电子．3．光电效应的实验规律(1)存在着饱和光电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．(2)存在着遏止电压和截止频率：入射光的频率低于截止频率时不能(填“能”或“不能”)发生光电效应．(3)光电效应具有瞬时性：光电效应中产生电流的时间不超过10－9s.【思考】紫外线灯照射锌板，为什么与锌板相连的验电器指针张开一个角度？答案紫外线灯照射锌板，发生光电效应现象，锌板上的电子飞出锌板，使锌板带正电，与锌板相连的验电器也会因而带正电，使得验电器指针张开一个角度．二、爱因斯坦的光电效应方程1．光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频率为ν的光的能量子为hν．2．爱因斯坦光电效应方程的表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0.想一想怎样从能量守恒角度理解爱因斯坦光电效应方程？答案爱因斯坦光电效应方程中的hν是入射光子的能量，逸出功W0是光子飞出金属表面消耗的能量，E k是光子的最大初动能，因此爱因斯坦光电效应方程符合能量的转化与守恒定律．三、康普顿效应1．康普顿效应美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，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，深刻揭示了光的粒子性的一面．3．光子的动量表达式：p＝hλ．【引导与理解】一、光电效应现象1．光电效应的实质：光现象――→转化为电现象．2．光电效应中的光包括不可见光和可见光．3．光电子：光电效应中发射出来的光电子，其本质还是电子．【例1】一验电器与锌板相连(如图所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角．(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”、“减小”或“不变”)．(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转．答案(1)减小(2)无解析当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转．当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小．使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外光比黄光的频率还要低，更不可能使锌板发生光电效应．能否发生光电效应与入射光的强弱无关．二、光电效应的实验规律1．光电效应的四个规律(1)任何一种金属都有一个截止频率νc，入射光的频率必须大于νc，才能产生光电效应，与入射光的强度及照射时间无关．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关．(3)当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关．(4)光电效应几乎是瞬时的，发生的时间一般不超过10－9s.2．掌握三个概念的含义(1)入射光频率决定着能否发生光电效应和光电子的最大初动能．(2)入射光的强度决定着单位时间内发射的光子数．(3)饱和光电流决定着单位时间内发射的光电子数．3．逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W0表示，不同金属的逸出功不同．4．光电效应与光的电磁理论的矛盾按光的电磁理论，应有：(1)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．(2)不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电效应．(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于10－9s.【例2】利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()A．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过B．用红光照射，电流表一定无电流通过C．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变答案 D解析因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A错误；因不知阴极K的截止频率，所以用红光照射时，不一定发生光电效应，所以选项B错误；即使U AK ＝0，电流表中也有电流，所以选项C错误；当滑动触头向B端滑动时，U AK增大，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极A时，电流达到最大，即饱和电流．若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大U AK，光电流也不会增大，所以选项D正确．【针对训练1】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．从光照至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答案 C解析发生光电效应几乎是瞬时的，选项A错误；入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少，频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误；入射光子的数目减少，逸出的光电子数目也就减少，故选项C正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D 错误．三、光电效应方程的理解与应用1．光电效应方程实质上是能量守恒方程能量为E＝hν的光子被电子吸收，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E k，根据能量守恒定律可知：E k＝hν－W0.2．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E k＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>W 0h＝νc，而νc ＝W0h恰好是光电效应的截止频率．3．E kmν曲线如图所示是光电子最大初动能E km随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．【例3】如图所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为()A．1.9eV B．0.6eV C．2.5eV D．3.1eV答案 A解析由题意知光电子的最大初动能为E k＝eU c＝0．60eV，所以根据光电效应方程E k＝hν－W0可得W0＝hν－E k＝(2.5－0.6) eV＝1.9eV【针对训练2】如图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E k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EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E答案AB解析题中图象反映了光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W0，知当入射光的频率恰为该金属的截止频率ν0时，光电子的最大初动能E k＝0，此时有hν0＝W0，即该金属的逸出功等于hν0，选项B正确；根据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A正确，而选项C、D错误．【点对点专题训练—光电效应现象及规律】1．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时()A．锌板带负电B．有正离子从锌板逸出C．有电子从锌板逸出D．锌板会吸附空气中的正离子答案 C解析当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C正确，A、B、D错误．2．用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应．现将该单色光的光强减弱，则下列说法中正确的是()①光电子的最大初动能不变②光电子的最大初动能减小③单位时间内产生的光电子数减少④可能不发生光电效应A．①③B．②③C．①②D．③④答案 A解析由光电效应规律知，光电子的最大初动能由入射光的频率和金属的逸出功共同决定，与入射光的强度无关，故①对；单位时间内产生的光电子数与入射光的强度成正比，光强减弱，则单位时间内产生的光电子数减少，即③也正确．3．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是() A．延长光照时间B．增大光的强度C．换用波长较短的光照射D．换用频率较低的光照射答案 C解析光照射金属时能否产生光电效应，取决于入射光的频率是否大于金属的截止频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A、B、D均错误；又因ν＝cλ，所以选项C正确．【点对点专题训练—光电效应方程的理解与应用】4．在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是() A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大答案AD解析增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项A正确；光电效应能否发生与照射光频率有关，与照射光强度无关，选项B错误；改用频率较小的光照射时，如果光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，否则，不能发生光电效应，选项C错误；光电子的最大初动能E k＝hν－W0，故改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大，选项D正确．5.如图所示是光电效应中光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象．从图中可知()A．E k与ν成正比B．入射光频率必须大于或等于极限频率νc时，才能产生光电效应C．对同一种金属而言，E k仅与ν有关D．E k与入射光强度成正比答案BC解析由E k＝hν－W0知B、C正确，A、D错误．6．产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k，下列说法正确的是()A．对于同种金属，E k与照射光的强度无关B．对于同种金属，E k与照射光的波长成反比C．对于同种金属，E k与照射光的时间成正比D．对于同种金属，E k与照射光的频率成线性关系E．对于不同种金属，若照射光频率不变，E k与金属的逸出功成线性关系答案ADE解析E k＝hν－W0＝hcλ－W0，同种金属逸出功相同，最大初动能与照射光强度无关，与照射光的波长有关但不是反比例函数关系，最大初动能与入射光的频率成线性关系，不同种金属，保持入射光频率不变，最大初动能E k与逸出功成线性关系．8．用不同频率的光分别照射钨和锌，产生光电效应，根据实验可画出光电子的最大初动能E k随入射光频率ν变化的E kν图线．已知钨的逸出功是3.28eV，锌的逸出功为3.34eV，若将二者的图线画在同一个E kν坐标系中，则正确的图是()答案 A解析根据光电效应方程E k＝hν－W0可知，E kν图象的斜率为普朗克常量h，因此图中两线应平行，故C、D错误；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子动能为零)时的入射光频率即极限频率．由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的入射光的频率越高，所以能使金属锌发生光电效应的极限频率越高，所以A正确、B错误．。
新课标人教版物理3-5光的粒子性导学案课时练
2014-2015年高三物理第一轮复习教学案(全)第十七章波粒二象性第1节能量量子化【学习目标】1、知道辐射的基本概念2、记住黑体辐射的规律3、掌握普朗克的黑体辐射理论重点：普朗克量子理论难点：普朗克量子理论的建立【学习预习案】这一章的知识绝大多数都是记忆性的，只有记住了才能考出分数。
你应该怎么做呢？首先根据提示读懂教材，然后，你要安排好时间，不断复习、反复记忆，达到熟练应用。
阅读教材P27～30一、黑体与黑体辐射：1、什么是热辐射：2、我们看到的物体呈现不同颜色是怎么回事？什么是黑体？3、通常情况下的物体（或人）会向外辐射电磁波吗？什么是黑体辐射？决定黑体辐射强度的量是什么？二、黑体辐射的规律：阅读P27～28课文、研究图17.1-2（学生画出此图）。
请你写出黑体辐射的规律1、温度越高；2、辐射强度的极大值。
三、能量子：（普朗克的量子理论）请你阅读P28～29教材：量子理论的建立背景：维恩、瑞利对黑体辐射规律的解释。
量子理论内容：1、能量的辐射和吸收是不连续的，是一份一份进行的；2、每一份叫做一个能量子ε=hγ3、h是一个常数h=6.626×10—34J·s这就是能量的量子化，请你联系实际感悟一下能量传递的不连续性。
【针对性练习题】1、P30问题与练习2．以下宏观概念，哪些是“量子化”的( D )A．木棒的长度B．物体的质量C．物体的动量D．学生的个数3.关于对黑体的认识,下列说法正确的是( C )A.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类及表面状况无关D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个空腔就成了一个黑体4．关于黑体辐射的强度与波长的关系，下图正确的是( B )5.单色光从真空射入玻璃时,它的( D )A.波长变长,速度变小,光子能量变小B.波长变短,速度变大,光子能量变大C.波长变长,速度变大,光子能量不变D.波长变短,速度变小,光子能量不变6.下列叙述正确的是( ACD )A.一切物体都在辐射电磁波B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波7、黑体辐射的实验规律如图所示,据此以下判断正确的是( BCD )A.在同一温度下,波长越短的电磁波辐射强度越大B.在同一温度下,辐射强度最大的电磁波波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大与最小波长之间C.温度越高,辐射强度的极大值就越大D.温度越高,辐射强度最大的电磁波的波长越短8.能正确解释黑体辐射实验规律的是( B )A.能量的连续经典理论B.普朗克提出的能量量子化理论C.以上两种理论体系任何一种都能解释D.牛顿提出的能量微粒说9．关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有( AB )A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动C．黑体辐射的强度与波长无关D ．黑体辐射无任何实验规律第十七章 波粒二象性 第1节 能量量子化课时练1．对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是( ABD )A ．以某一个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收B ．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C ．吸收的能量可以是连续的D ．辐射和吸收的能量是量子化的2．对一束太阳光进行分析，下列说法正确的是( AC)A ．太阳光是由各种单色光组成的复色光B ．在组成太阳光的各单色光中，其能量最强的光为红光C ．在组成太阳光的各单色光中，其能量最强的光为紫光D ．组成太阳光的各单色光的能量都相同3．黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知( ACD )A ．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加B ．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加C ．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D ．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动4．已知某种单色光的波长为λ，在真空中光速为c ，普朗克常量为h ，则电磁波辐射的能量子ε的值为( A )A ．h c λB .h λC .c h λD ．以上均不正确 5．神光“Ⅱ”装置是我国规模最大，国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J 、波长λ为0.35 μm 的紫外激光，已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J ·s ，则该紫外激光所含光子数为( B )A ．2.1×1021个B ．4.2×1021个C ．2.1×1015个D ．4.2×1015个6、一激光器发光功率为P ,发出的激光在折射率为n 的介质中波长为λ,若在真空中速度为c ,普朗克常量为h ,则下列叙述正确的是( AC )A.该激光在真空中的波长为n λB.该激光的频率为C.该激光器在时间t 内辐射的能量子数为D.该激光器在时间t 内辐射的能量子数为7．氦—氖激光器发出波长为633 nm 的激光，当激光器的输出功率为1 mW 时，每秒发出的光子数为( B )A．2.2×1015B．3.2×1015C．2.2×1014D．3.2×10148．对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是( A )A．温度B．材料C．表面状况D．以上都正确9．下列说法正确的是( AB )A．微观粒子的能量变化是跳跃式的B．能量子与电磁波的频率成正比C．红光的能量子比绿光大D．电磁波波长越长，其能量子越大10．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是( A ) A．红光B．橙光C．黄光D．绿光11．关于光的传播，下列说法中正确的是( ABD )A．各种色光在真空中传播速度相同，在介质中传播速度不同B．各种色光在真空中频率不同，同一色光在各种介质中频率相同C．同一色光在各种介质中折射率不同，不同色光在同一介质中折射率相同D．各种色光在同一介质中波长不同，同一色光在真空中的波长比任何介质中波长都长12．在自然界生态系统中，蛇与老鼠等生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用．蛇是老鼠的天敌，它通过接收热辐射来发现老鼠的存在．假设老鼠的体温约37℃，它发出的最强的热辐射的波长为λmax.根据热辐射理论，λmax与辐射源的绝对温度T的关系近似为λmax T＝2.90×10－3m·K.则老鼠发出的最强的热辐射的波长为( B )A．7.8×10－5m B．9.4×10－6mC．1.16×10－4m D．9.7×10－8m13.由能量的量子化假说可知，能量是一份一份的而不是连续的，但我们平时见到的宏观物体的温度升高或降低，为什么不是一段一段的而是连续的，试解释其原因．14．由于宏观物质是由大量微粒组成的，每一个粒子的能量是一份一份的，这符合能量量子化假说，而大量粒子则显示出了能量的连续性，故我们平时看到的物体的温度升高或降低不是一段一段的，而是连续的．15.人眼对绿光较为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时,只要每秒钟有6个光子射入瞳孔,眼睛就能察觉。
2019-2020年高中物理 3-5光的粒子性导学案 新人教版选修3-5
(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，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为，频率为v的光的能量子为.
2．光电效应方程
(1)表达式．
(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是，这些能量一部分用于克服金属的逸出功，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能．
【自主探究】
一、问题导学：
（一）光电效应及实验规律
1．在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做．
2．光电效应的实验规律
(1)存在着电流
在一定的光照条件下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值，入射光越强，饱和电流越大，即，单位时间内发射的光电子数目越多．
(2)存在着电压和频率．
2019-2020年高中物理 3-5光的粒子性导学案 新人教版选修3-5
策略与反思
纠错与归纳
学习目标
1、知道光电效应及其实验规律，感受以实验为基础的科学研究方法
2、知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，感受科学家在面对科学疑难时的创新精神
3、知道康普顿效应及其意义。
重点：爱因斯坦光电效应方程及其意义
难点：光电效应及其实验规律
4．光子的动量：．
我的疑问
我的收获
二、合作探究
例1．对光电效应做出合理解释的物理学家是( )
A.爱因斯坦B.玻尔C.查德威克D.德布罗意
例2.在光电效应实验中，飞飞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)，如下图所示．则可判断出( )
A．甲光的频率大于乙光的频率
新课标粤教版3-5选修三2.2《光子》WORD教案1
第二章波粒二象性第2节《光子》学案【学习目标】1、了解量子假说及微观世界中的量子化现象，能比较宏观物体和微观粒子的能量变化的不同。
2、知道金属逸出功的概念，知道光电效应方程，并能用其解释光电效应现象3、知道光子的概念，会用光子能量和频率的关系进行计算。
【自主学习】（1）复习：验证性实验：现象一：a、（探究与入射光频率的关系）红光照射，电流表__________；黄光照射，电流表_____________；绿光照射，电流表_________。
说明：________________________。
极限频率（极限波长）：____________________________________________________，分别用字母_________和_________来表示。
由电磁波理论，二者的关系为：______________。
几种常见金属的极限波长和极限频率参见课本Pb、（验证与光强的关系）用红光照射，电流表______________，增大光强，电流表______________，即______________。
说明：____________________________。
（验证与光照时间的关系）用红光照射，延长照射时间，电流表______________；改用绿光，电流表瞬间有电流。
说明：____________________________。
结论1：__________________________________________________________________。
现象二：在绿光照射下，减小光强，电流表示数________；增大光强，电流表示数________ 。
结论2：__________________________________________________________________。
结论3：__________________________________________________________________。
[精品]新人教版选修3-5高中物理第13章 第2课时导学案
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第2课时光电效应波粒二象性导目标 1能认识光电效应现象，解光电效应的实验规律，会用光子说解释光电效应2掌握光电效应方程，会计算逸出功、极限频率、最大初动能等物量．一、黑体辐射与能量子[基础导引]判断下列说法的正误：(1)一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关 ( )(2)黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，不反射( )(3)带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整倍( )(4)普朗克最先提出了能量子的概念( )[知识梳]1．黑体与黑体辐射(1)黑体：是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体．(2)黑体辐射的实验规律①一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，如图1所示．．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．图1 b．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．2．能量子(1)定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整倍．即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．(2)能量子的大小：ε＝ν，其中ν是电磁波的频率，称为普朗克常量．＝6626×10－34J·(一般取＝663×10－34J·)．特别提醒在微观世界中能量是量子的，或者说微观粒子的能量是分立的．二、光电效应[基础导引]已知能使某金属产生光电效应的极限频率为νc，则( )A．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为νc．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大，则逸出功增大D．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍[知识梳]1．光电效应现象光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出的电子叫做____________．2．光电效应规律(1)每种金属都有一个____________．(2)光子的最大初动能与入射光的________无关，只随入射光的________增大而增大．(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是________的．(4)光电流的强度与入射光的________成正比．3．爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝________，其中是普朗克常量，其值为663×10－34J·(2)光电效应方程：____________其中ν为入射光的能量，E为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功．4．遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的________频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的__________，叫做该金属的逸出功．三、光的波粒二象性、物质波[基础导引]判断下列说法的正误：(1)光电效应反映了光的粒子性( )(2)大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性()(3)光的干涉、衍射、偏振现象证明了光具有波动性( )(4)只有运动着的小物体才有一种波和它相对应，大的物体运动是[知识梳]1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有________性．(2)光电效应说明光具有________性．(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的____________性．2．物质波(1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率____的地方，暗条纹是光子到达概率____的地方，因此光波又叫概率波．(2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝________，p为运动物体的动量，为普朗克常量考点一对光电效应规律的解考点解读1．爱因斯坦光电效应方程：E＝ν－W0ν：光子的能量．W0：逸出功．E：光电子的最大初动能．2．对光电效应规律的解释其列式依据为能量守恒定律．3．由E—ν图象可以得到的物量(如图2所示)图2图3(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc (2)逸出功：图线与E 轴交点的纵坐标的值W 0＝E (3)普朗克常量：图线的斜率＝ 典例剖析例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 ．从光照至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．单位时间内从金属表面逸出的光电子目将减少 D ．有可能不发生光电效应跟踪训练 1 (2011·福建综·29(1))爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得了1921年诺贝尔物奖．某种金属逸出光电子的最大初动能E 与入射光频率ν的关系如图3所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是 ( )A ．逸出功与ν有关B ．E 与入射光强度成正比 ．当ν<ν0时，会逸出光电子 D ．图中直线的斜率与普朗克常量有关 考点二 波粒二象性考点解读1．粒子的波动性：实物粒子也具有波动性，满足如下关系：ν＝错误！未定义书签。
人教版高中物理选修3-5学案：第十七章学案2光的粒子性
人教版高中物理选修3-5学案：第十七章学案2光的粒子性[学习目标] 1.了解光电效应和光电效应的实验规律，以及光电效应与电磁理论的矛盾.2.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，并会用来解决简单的问题.3.了解康普顿效应及其意义，了解光子的动量．一、光电效应[导学探究] 如图1所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯发射紫外线)．图1(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象为_______________________________________，说明_______________________________________________________________________ _(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象为_______________________________________________________________________ _，说明________________________________________________________________________(3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象为_______________________________________________________________________ _，说明_______________________________________________________________________ _．答案(1)验电器偏角张开锌板带电了．弧光灯发出的紫外线照射到锌板上，在锌板表面发射出光电子，从而使锌板带上了正电(2)指针偏角明显减小锌板产生光电效应是光中紫外线照射的结果而不是可见光(3)观察不到指针的偏转可见光不能使锌板发生光电效应[知识梳理] 对光电效应现象的认识(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的现象．(2)光电效应中的光包括不可见光和可见光．(3)光电子：光电效应中发射出来的电子．其本质还是电子．[即学即用] 一验电器与锌板相连(如图2所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角．图2(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”、“减小”或“不变”)．(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转．答案(1)减小(2)无解析(1)当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转．当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小．(2)使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外光比黄光的频率还要低，更不可能使锌板发生光电效应．能否发生光电效应与入射光的强弱无关．二、光电效应的实验规律光电效应解释中的疑难[知识梳理] (1)光电效应的四个规律①任何一种金属都有一个截止频率νc，入射光的频率必须不低于νc，才能产生光电效应，与入射光的强度及照射时间无关．②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关．③当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关．④光电效应几乎是瞬时的，发生的时间一般不超过10－9 s.(2)掌握三个概念的含义①入射光频率决定着能否发生光电效应以及光电子的最大初动能．②对于一定频率的光，入射光的强度决定着单位时间内发射的光电子数．③对于一定频率的光，饱和光电流决定着单位时间内发射的光电子数．(3)逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W0表示，不同金属的逸出功不同．(4)光电效应与光的电磁理论的矛盾按光的电磁理论，应有：①光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．②不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电效应．③在光很弱时，放出电子的时间应远大于10－9 s.[即学即用] (多选)对光电效应规律的理解，下列说法正确的是( )A．任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应B．入射光越强，光电子的最大初动能越大C．当入射光频率大于某一截止频率νc时，入射光频率越大，光电子的最大初动能越大D．入射光照射到金属表面上时，光电子几乎是瞬间发射的答案CD三、爱因斯坦的光电效应方程[导学探究] (1)光子说是由哪位科学家提出的？(2)不同频率的光照射到同一金属表面发生光电效应时，光电子的初动能是否相同？为什么？答案(1)爱因斯坦提出了光子说．(2)由于同一金属的逸出功相同，而不同频率的光的光子能量不同，由光电效应方程Ek＝hν－W0可知，发生光电效应时，逸出的光电子的初动能是不同的．[知识梳理] (1)光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频率为ν的光子的能量为 hν.(2)光电效应方程①表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.②物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能．(3)光电效应方程说明了产生光电效应的条件若有光电子逸出，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>＝νc，而νc＝恰好是光电效应的截止频率．(4)Ek－ν曲线．如图3所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是截止频率(或极限频率)；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．图3[即学即用] 用频率为ν的光照射某种金属材料，产生光电子的最大初动能为Ek，若用频率为2ν的光照射同一金属材料，则光电子的最大初动能是( )A．2Ek B．Ek＋hν C．Ek－hν D．Ek＋2hν答案B解析根据爱因斯坦光电效应Ek＝hν－W0，当入射光的频率为ν时，可计算出该金属的逸出功W0＝hν－Ek，当入射光的频率为2ν时，光电子的最大初动能为Ek＝2hν－W0＝Ek＋hν，所以选B.四、康普顿效应[导学探究] 太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的，为什么？答案在地球上存在着大气，太阳光经大气中微粒散射后传向各个方向，而在太空中的真空环境下光不再散射只向前传播．[知识梳理] (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)康普顿效应美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．(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，深入揭示了光的粒子性的一面．(4)光子的动量①表达式：p＝.②说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小．因此，有些光子散射后波长变大．[即学即用] 判断以下说法是否正确．(1)光子的动量与波长成反比．( )(2)光子发生散射后，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化．( )(3)有些光子发生散射后，其波长变大．( )答案(1)√(2)×(3)√一、光电效应的现象分析例1 (多选)如图4所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )图4A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红光照射锌板，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解析将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电．这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项A、D正确．红光不能使锌板发生光电效应．答案AD归纳总结能否发生光电效应取决于入射光的频率是否大于或等于极限频率，与入射光的强度无关．二、光电效应的实验规律例2 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．从光照至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解析发生光电效应几乎是瞬时的，选项A错误．入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少；频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误．入射光子的数目减少，逸出的光电子数目也减少，故选项C正确．入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D错误．答案C规律总结1．能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关．2．发生光电效应时，产生的光电子数与入射光的频率无关，与入射光的强度有关．3．逸出功对应金属的极限频率，由波速公式可知，逸出功还对应极限波长．针对训练(多选)如图5所示，电路中所有元件完好，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( )图5A．入射光太弱B．入射光波长太长C．光照时间太短D．电源正、负极接反答案BD解析金属存在截止频率，超过截止频率的光照射金属时才会有光电子射出．发射的光电子的动能随频率的增大而增大，动能小时不能克服反向电压，也不能有光电流．入射光的频率低于截止频率，不能产生光电效应，与光照强弱无关，选项B正确，A错误；电路中电源正、负极接反，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，D正确；光电效应的产生与光照时间无关，C错误．三、光电效应方程及其应用例3 如图6所示，当开关K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为( )图6A．1.9 eV B．0.6 eV C．2.5 eV D．3.1 eV解析由题意知光电子的最大初动能为Ek＝eUc＝0.6 eV所以根据光电效应方程Ek＝hν－W0可得W0＝hν－Ek＝(2.5－0.6) eV＝1.9 eV答案A规律总结1．逸出功W0对应着某一极限频率νc，即W0＝hνc，只有入射光的频率ν≥νc 时才有光电子逸出，即才能发生光电效应．2．对于某一金属(νc一定)，入射光的频率决定着能否产生光电效应及光电子的最大初动能，而与入射光的强度无关．1．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时( )A．锌板带负电B．有正离子从锌板逸出C．有电子从锌板逸出D．锌板会吸附空气中的正离子答案C解析当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C正确，A、B、D错误．2．(多选)对光电效应的理解正确的是( )A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，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要做的最小功，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，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同答案BD解析根据爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光照强度无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，电子必须具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，所以光子的能量小于某一数值时便不能产生光电效应现象；电子从金属表面逸出时所做的功应大于克服原子核的引力而需要做的功的最小值．综上所述，选项B、D正确．3．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ν变化的Ek－ν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.24 eV，若将二者的图线画在同一个Ek－ν坐标图中，用实线表示钨、虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是( )答案B解析依据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ek－ν图线的斜率代表了普朗克常量h，因此钨和锌的Ek－ν图线应该平行．图线的横截距代表了极限频率νc，而νc＝，因此钨的νc大些．故正确答案为B.4．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.3hc2λC. D.2hλc答案A解析根据光电效应方程得Ek1＝h－W0 ①Ek2＝h－W0 ②又Ek2＝2Ek1 ③联立①②③得W0＝，A正确．一、选择题(1～6为单选题，7～11为多选题)1．对于任何一种金属，能发生光电效应的条件是( )A．入射光的强度大于某一极限强度B．入射光的波长大于某一极限波长C．入射光的照射时间大于某一极限时间D．入射光的频率不低于某一极限频率答案D2．已知电磁波的波长从小到大依次排列，其顺序为：γ射线、X射线、紫外线、可见光(紫、靛、蓝、绿、黄、橙、红)、红外线、无线电波．当用绿光照射某金属表面时，能产生光电效应现象，为了增大光电子的最大初动能( )A．可选用紫外线照射B．可选用红光照射C．可增强绿光照射强度D．可延长绿光的照射时间答案A解析由波速公式c＝λν可知，波长越长的电磁波，频率越小，波长越短的电磁波，频率越大；由光电效应方程Ek＝hν－W0可知，当入射光的频率增大时，光电子的最大初动能增大，与光照强度和光照时间无关，故A正确，B、C、D错误．3．如图1所示，在研究光电效应的实验中，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单色光照射光电管时不发生光电效应，则( )图1A．A光的强度大于B光的强度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的电流方向是由a流向bD．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由b流向a答案C解析根据产生光电效应的条件可知选项A、B均错误；电流的方向与正电荷的移动方向相同，与负电荷移动的方向相反，故选项C正确，D错误．4．某金属的逸出功为2.3 eV，这意味着( )A．这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离表面B．这种金属表层的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离表面C．要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量可能小于2.3 eVD．这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3 eV答案B解析逸出功指原子的最外层电子脱离原子核克服引力做的功，选项B正确．5．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的( )A．波长 B．频率 C．能量 D．动量答案A解析两种金属的截止频率不同，则它们的逸出功也不同，由W0＝hνc可知截止频率大的，逸出功也大．由Ek＝hν－W0可知，用同样的单色光照射，钙逸出的光电子的最大初动能较小，由p＝知，其动量也较小，根据物质波p＝知，其波长较长．6．研究光电效应的电路如图2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的关系图象中，正确的是( )图2答案C解析用频率相同的光照射同一金属时，发射出的光电子的最大初动能相同，所以遏止电压相同；饱和电流与光的强度有关，光的强度越大，饱和电流越大，故选项C正确．7．关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是( )A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子B．用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关D．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变大，这个现象称为康普顿效应E．康普顿效应说明光具有粒子性答案BDE8．在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大答案AD解析增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项A正确；光电效应能否发生与照射光频率有关，与照射光强度无关，选项B错误；改用频率较小的光照射时，如果光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，否则，不能发生光电效应，选项C错误；光电子的最大初动能Ek＝hν－W0，故改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大，选项D正确．9．光电效应的规律中，经典电磁理论不能解释的是( )A．入射光的频率必须大于被照射金属的极限频率时才能产生光电效应B．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大C．入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s D．当入射光频率大于极限频率时，光电子数目与入射强度成正比答案ABC解析按经典电磁理论，光的能量随光的强度的增大而增大，与光的频率无关，从金属中飞出的电子，必须吸收足够的能量后才能从其中飞出，电子有一个能量积蓄的时间，光的强度大，单位时间内辐射到金属表面的光子数就多，被电子吸收的光子数自然也多，产生的光电子数也多，故不能解释的有A、B、C三项．10．已知能使某金属产生光电效应的极限频率为νc，则( )A．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνcC．当入射光的频率ν大于νc时，若ν增大，则逸出功增大D．当入射光的频率ν大于νc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解析因入射光的频率大于极限频率时会产生光电效应，所以A正确；因为金属的极限频率为νc，所以逸出功W0＝hνc，再由Ek＝hν－W0得，Ek＝2hνc－hνc＝hνc，B正确；因为逸出功是光电子恰好逸出时需要做的功，对于同种金属是恒定的，故C错误；由Ek＝hν－W0＝hν－hνc＝h(ν－νc)可得，当ν增大一倍时：＝≠2，故D错误．11．如图3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( )图3A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hνcC．入射光的频率为νc时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为2E答案AB解析题中图象反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知，当入射光的频率恰为该金属的截止频率νc 时，光电子的最大初动能Ek＝0，此时有hνc＝W0，即该金属的逸出功为E，当入射光的频率为2νc时，得Ek＝2hνc－hνc＝hνc.故选项A、B正确，选项C、D 错误．二、非选择题12．在光电效应实验中，某金属的截止频率对应的波长为λ0，则该金属的逸出功为________．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为________．(已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.)答案λ0－λ,eλ0λ)13．铝的逸出功为 4.2 eV，现用波长为200 nm的光照射铝的表面．已知h＝6.63×10－34 J·s，求：(结果在小数点后保留三位有效数字)(1)光电子的最大初动能；(2)遏止电压；(3)铝的截止频率．答案(1)3.225×10－19 J (2)2.016 V(3)1.014×1015 Hz解析(1)根据光电效应方程Ek＝hν－W0有Ek＝－W0＝ J－4.2×1.6×10－19 J＝3.225×10－19 J(2)由Ek＝eUc可得Uc＝＝V≈2.016 V.(3)由hνc＝W0知νc＝＝Hz≈1.014×1015 Hz.。
2021-2022高二物理人教版选修3-5导学案：第十七章 2 光的粒子性 Word版含答案
学案2光的粒子性[目标定位] 1.了解光电效应和光电效应的试验规律，以及光电效应与电磁理论的冲突.2.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，并会用来解决简洁的问题.3.了解康普顿效应及其意义，了解光子的动量．一、光电效应现象[问题设计]如图1所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯放射紫外线)．图1(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象为__________________，说明_______________________________________________________________________.(2)在弧光灯和锌板之间插入一块一般玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象为________________________________________________________________________，说明_____________________________________________________________________.(3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象为________________________________________________________________________，说明________________________________________________________________________．答案(1)验电器偏角张开锌板带电了．弧光灯发出的紫外线照射到锌板上，在锌板表面放射出光电子，从而使锌板带上了正电(2)指针偏角明显减小锌板产生光电效应是光中紫外线照射的结果而不是可见光(3)观看不到指针的偏转可见光不能使锌板发生光电效应[要点提炼]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的现象．2．光电效应中的光包括不行见光和可见光．3．光电子：光电效应中放射出来的电子．其本质还是电子．二、光电效应的试验规律光电效应解释中的疑难1．光电效应的四点规律(1)任何一种金属都有一个截止频率νc，入射光的频率必需大于νc，才能产生光电效应，与入射光的强度及照射时间无关．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关．(3)当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关．(4)光电效应几乎是瞬时的，发生的时间一般不超过10－9 s.2．把握三个概念的含义(1)入射光频率打算着能否发生光电效应和光电子的最大初动能．(2)对于肯定频率的光，入射光的强度打算着单位时间内放射的光子数；(3)对于肯定频率的光，饱和电流打算着单位时间内放射的最大光电子数．3．逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W0表示，不同金属的逸出功不同．4．光电效应与光的电磁理论的冲突按光的电磁理论，应有：(1)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．(2)不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电效应．(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于10－9s.三、爱因斯坦的光电效应方程1．光子说：光本身就是由一个个不行分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频率为ν的光子的能量为hν.2．光电效应方程(1)表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0.(2)对光电效应方程的理解：能量为ε＝hν的光子被电子所吸取，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．假如克服吸引力做功最少为W0，电子离开金属表面时最大初动能为E k，则依据能量守恒定律可知：E k＝hν－W0.3．光电效应方程说明白产生光电效应的条件．若有光电子逸出，则光电子的最大初动能必需大于零，即E k＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>W0h＝νc，而νc＝W0h 恰好是光电效应的截止频率．4．E k－ν曲线．如图2所示是光电子最大初动能E k随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是截止频率(或极限频率)；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．图2四、康普顿效应1．光的散射：光在介质中与物体微粒相互作用，因而传播方向发生转变的现象．2．康普顿效应：在光的散射中，除了与入射波长λ0相同的成格外，还有波长大于λ0的成分．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，深化揭示了光的粒子性的一面．4．光子的动量：p ＝hλ.一、光电效应的现象分析例1 如图3所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )图3A ．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B ．用红光照射锌板，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解析 将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步争辩表明锌板带正电．这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项A 、D 正确．红光不能使锌板发生光电效应． 答案 AD二、光电效应的试验规律例2 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 ．从光照至金属表面上到放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削减D ．有可能不发生光电效应解析 发生光电效应几乎是瞬时的，选项A 错误．入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目削减；频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B 错误．入射光子的数目削减，逸出的光电子数目也就削减，故选项C 正确．入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D 错误． 答案 C针对训练 利用光电管争辩光电效应试验如图4所示，用频率为ν的可见光照射阴极K ，电流表中有电流通过，则( )图4A ．用紫外线照射，电流表不肯定有电流通过B ．用红光照射，电流表肯定无电流通过C ．用频率为ν的可见光照射K ，当滑动变阻器的滑动触头移到A 端时，电流表中肯定无电流通过D ．用频率为ν的可见光照射K ，当滑动变阻器的滑动触头向B 端滑动时，电流表示数可能不变 答案 D解析 因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中肯定有电流通过，选项A 错误．因不知阴极K 的截止频率，所以用红光照射时，也可能发生光电效应，所以选项B 错误．即使U AK ＝0，电流表中也可能有电流通过，所以选项C 错误．当滑动触头向B 端滑动时，U AK 增大，阳极A 吸取光电子的力量增加，光电流会增大，当全部光电子都到达阳极A 时，电流达到最大，即饱和电流．若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大U AK ，光电流也不会增大，所以选项D 正确． 三、光电效应方程及其应用例3 如图5所示，当电键K 断开时，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极P ，发觉电流表读数不为零．合上电键，调整滑动变阻器，发觉当电压表读数小于0.60 V 时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.60 V 时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为( )图5A ．1.9 eVB ．0.6 eV。
2020-2021高中物理 第2章 第2节 光子学案 粤教版选修3-5
第二节光子错误!→光子说→光电效应方程→错误!1．1900年,德国物理学家普朗克在研究电磁波的辐射问题时，首次提出能量量子假说，认为物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hν的整数倍,hν称为一个能量量子，h称为普朗克常量．2．微观世界里，物理量的取值很多时候是不连续的，只能取一些分立的值，这种现象称为量子化现象．3．爱因斯坦提出的光子假说认为，光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，其能量为ε＝hν．4．逸出功是指电子从金属表面逸出时克服引力所做的功，用W0表示．根据能量守恒定律，入射光子的能量hν等于出射光电子的最大初始动能与逸出功之和，即：hν＝＋W0.5．根据光子假说对光电效应的解释，光电效应的条件是光子的能量ε＝hν必须大于或至少等于逸出功W，即ν＝错误!就是光电效应的极限频率．错误!错误!错误!错误!1．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是（A)A．红光 B．橙光C．黄光 D．绿光解析：由ε＝hν可知，红光的频率最小，其能量子值最小．选A.2．(多选）下列关于光子的说法中，正确的是(AC)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解析：按照爱因斯坦的光子说，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，光子的能量ε＝hν，与光的强度无关,故A、C正确，B错误，光子不带电,不能被电场加速,D错误．3．硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能．若有N个波长为λ0的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为（h为普朗克常量）(B）A．h·错误! B．Nh·错误!C．N·nλ0 D．2Nhλ0解析：一个光电子的能量ε＝hν＝h错误!，则N个光子的总能量ε总＝Nh错误!.选项B正确．4．（多选)某金属的逸出功为2。
高中物理选修3-5导学案第十七章 3
3 粒子的波动性[学科素养与目标要求]物理观念：1.知道人类对光的本性的认识史；了解光的波粒二象性及其对立统一关系.2.了解粒子的波动性，知道物质波的概念.3.了解什么是德布罗意波，会解释有关现象． 科学态度与责任：学会用辩证的观点看待问题，认识到物理学各种观点的局限性．一、光的波粒二象性 1．光的本性光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，即光具有波粒二象性． 2．光子的能量和动量关系式 (1)关系式：ε＝hν，p ＝hλ.(2)意义：能量ε和动量p 是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量．因此ε＝hν和p ＝hλ揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系．二、粒子的波动性 1．粒子的波动性(1)德布罗意波：任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，又叫德布罗意波． (2)物质波波长、频率的计算公式为λ＝h p ，ν＝εh.(3)我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太大，德布罗意波长太小的缘故．2．物质波的实验验证(1)实验探究思路：干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象．(2)实验验证：1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性． (3)说明人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh 和λ＝hp关系同样正确．判断下列说法的正误．(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性．( √ ) (2)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．( √ ) (3)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子．( × ) (4)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波．( × ) (5)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．( √ )一、对光的波粒二象性的理解1．对光的本性认识史人类对光的认识经历了漫长的历程，从牛顿的光的微粒说到托马斯·杨和菲涅耳的波动说，从麦克斯韦的光的电磁说到爱因斯坦的光子说．直到二十世纪初，对于光的本性的认识才提升到一个更高层次，即光具有波粒二象性．对于光的本性认识史，列表如下：2．对光的波粒二象性的理解(1)光的波动性①实验基础：光的干涉和衍射．②表现：a.光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述；b.足够能量的光在传播时，表现出波的性质．③说明：a.光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的；b.光的波动性不同于宏观观念的波．(2)光的粒子性①实验基础：光电效应、康普顿效应．②表现：a.当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质；b.少量或个别光子容易显示出光的粒子性．③说明：a.粒子的含义是“不连续”“一份一份”的；b.光子不同于宏观观念的粒子．例1(多选)下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．康普顿效应表明光具有粒子性答案CD解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应、康普顿效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子．虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，故选项C、D正确，A、B错误．二、粒子的波动性1．如图是电子束通过铝箔后的衍射图样，结合图样及课本内容回答下列问题：(1)德布罗意提出“实物粒子也具有波动性”假设的理论基础是什么？(2)电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么？答案(1)普朗克能量子假说和爱因斯坦光子理论．(2)电子具有波动性．2．德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？谈谈自己的认识．答案一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，产生的物质波的波长短，难以观测．1．任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，这种波叫物质波，其波长λ＝hp.我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小．2．德布罗意假说是光的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．例2(多选)根据物质波理论，以下说法中正确的是( )A ．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B ．宏观物体和微观粒子都具有波动性C ．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长D ．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显 答案 BD解析 一切运动的物体都有一种物质波与它对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性，A 错误，B 正确；宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，C 错误；由λ＝hp ，p＝m v 可知，速度相同的质子与电子相比，电子质量小，动量小，故其物质波波长更长，所以电子的波动性更明显，D 正确．例3 质量为1 000 kg 的小汽车以v ＝30 m/s 的速度在高速公路上行驶，试计算小汽车的德布罗意波的波长．为什么我们无法观察到其波动性？(普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s)答案 见解析解析 小汽车的动量为p ＝m v ＝1 000×30 kg·m/s ＝3×104 kg·m/s ，故小汽车的德布罗意波的波长为λ＝h p ＝6.63×10－343×104m ＝2.21×10－38 m因小汽车的德布罗意波的波长太短，故无法观察到其波动性．德布罗意波长的计算1．首先计算物体的速度，再计算其动量．如果知道物体动能也可以直接用p ＝2mE k 计算其动量．2．再根据λ＝hp计算德布罗意波长．3．需要注意的是：德布罗意波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理．针对训练 (2019·石嘴山三中高二月考)关于物质波，下列说法正确的是( ) A ．速度相等的电子和质子，电子的波长长 B ．动能相等的电子和质子，电子的波长短 C ．动量相等的电子和中子，中子的波长短D ．如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲电子的速度是乙电子的3倍，则甲电子的波长也是乙电子的3倍 答案 A解析 由λ＝hp 可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子质量小，动量小，波长长，A 正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系p ＝2mE k 可知，电子的动量小，波长长，B 错误；动量相等的电子和中子，其波长应相等，C 错误；如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的3倍，甲的动量也是乙的3倍，则甲的波长应是乙的13，D 错误.1．(波粒二象性的理解)有关光的本性，下列说法中正确的是( )A ．光既具有波动性，又具有粒子性，这是相互矛盾和对立的B ．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C ．光不具有波动性D ．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性 答案 D解析 光在不同条件下表现出不同的行为，其波动性和粒子性并不矛盾，A 错，D 对；光的波动性不同于机械波，其粒子性也不同于质点，B 错；大量光子往往表现出波动性，个别光子往往表现出粒子性，C 错．2．(物质波的理解)(多选)(2018·上饶中学高二月考)关于物质波，下列认识中错误的是( )A ．任何运动的物体都伴随一种波，这种波叫物质波B ．X 射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C ．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D ．与宏观物体相联系的物质波不具有干涉、衍射等现象 答案 BD解析 任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有与其本身相联系的波，这就是物质波，故A 正确；X 射线的本质是电磁波，X 射线的衍射实验，证实了X 射线的波动性，故B 错误；电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的，故C 正确；物质波具有干涉、衍射等现象，故D 错误．3．(物质波的理解与计算)如果一个中子和一个质量为10 g 的子弹都以103 m/s 的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多大？(中子的质量为 1.67×10－27kg ，普朗克常量为6.63×10－34J·s ，结果保留三位有效数字)答案 3.97×10－10m 6.63×10－35m解析 中子的动量为p 1＝m 1v 子弹的动量为p 2＝m 2v由λ＝hp 知中子和子弹的德布罗意波长分别为λ1＝h p 1，λ2＝h p 2联立以上各式解得λ1＝h m 1v ，λ2＝h m 2v代入数据可解得λ1≈3.97×10－10 m ，λ2＝6.63×10－35 m.一、选择题考点一光的波粒二象性1．对于光的波粒二象性的说法，正确的是()A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子B．光波与机械波是同样的一种波C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性答案 D2．(多选)(2018·临夏中学高二期末)下面关于光的波粒二象性的说法中，正确的是() A．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性B．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著C．光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性D．光不可能同时具有波动性和粒子性答案ABC解析光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，故A正确；在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，故B正确；光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，故C正确；光的波粒二象性是指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，二者是统一的，故D错误．3．近年来，数码相机几近家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个非常重要的指标就是像素，1像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点，现知2000万像素的数码相机拍出的照片比200万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解为( )A ．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的B ．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的C ．大量光子表现出光具有粒子性D ．光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性答案 D考点二 粒子的波动性4．下列说法中正确的是( )A ．物质波属于机械波B ．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C ．德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波D ．宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性 答案 C解析 任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，所以C 项对，B 、D 项错；物质波不同于宏观意义上的波，故A 项错．5．要观察纳米级以下的微小结构，需要利用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜．有关电子显微镜的下列说法正确的是( )A ．它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此不容易发生明显衍射B ．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此不容易发生明显衍射C ．它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此更容易发生明显衍射D ．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此更容易发生明显衍射答案 A解析 电子显微镜的分辨率比光学显微镜更高，是因为电子物质波的波长比可见光短，和可见光相比，电子物质波不容易发生明显衍射，所以分辨率更高，A 正确．6．X 射线是一种高频电磁波，若X 射线在真空中的波长为λ，以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，以ε和p 分别表示X 射线每个光子的能量和动量，则( )A ．ε＝hλc，p ＝0 B ．ε＝hλc ，p ＝hλc 2 C ．ε＝hc λ，p ＝0 D ．ε＝hc λ，p ＝h λ答案 D解析 根据ε＝hν，且λ＝h p ，c ＝λν可得X 射线每个光子的能量为ε＝hc λ，每个光子的动量为p ＝h λ. 7．利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是使电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m ，电荷量为e ，初速度为0，加速电压为U ，普朗克常量为h ，则下列说法中不正确的是( )A ．该实验说明了电子具有波动性B ．实验中电子束的德布罗意波长为λ＝h 2meUC ．加速电压U 越大，电子的衍射现象越不明显D ．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显答案 D解析 实验得到了电子的衍射图样，说明电子这种实物粒子发生了衍射，说明电子具有波动性，故A 正确；由动能定理可得，eU ＝12m v 2－0，电子加速后的速度v ＝2eU m ，电子德布罗意波的波长λ＝h p ＝h m v ＝h m 2eU m＝h 2meU ，故B 正确；由电子的德布罗意波的波长公式λ＝h 2meU可知，加速电压U 越大，电子德布罗意波的波长越短，衍射现象越不明显，故C 正确；物体动能与动量的关系是p ＝2mE k ，由于质子的质量远大于电子的质量，所以动能相同的质子的动量远大于电子的动量，由λ＝h p可知，质子的德布罗意波的波长远小于电子德布罗意波的波长，波长越小，衍射现象越不明显，因此相同动能的质子代替电子，衍射现象将更加不明显，故D 错误．二、非选择题8．如图1所示为证实电子波存在的实验装置，从F 上漂出来的热电子可认为初速度为零，所加的加速电压U ＝104 V ，电子质量为m ＝9.1×10－31 kg.电子被加速后通过小孔K 1和K 2后入射到薄的金箔上，发生衍射现象，结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹．试计算电子的德布罗意波长．(h ＝6.63×10－34 J·s ，e ＝1.6×10－19 C ，结果保留三位有效数字)图1 答案 1.23×10－11 m 解析 将eU ＝E k ＝12m v 2，p ＝m v ，λ＝h p联立，得λ＝h2meU ，代入数据可得λ≈1.23×10－11 m.。
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课题 2-2光子
学习目标：
1、了解普朗克提出能量子假说以及微观世界中的量子化现象的概念；
2、知道逸出功的概念，
3、理解光子说及其对光电效应的解释
4、理解爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单的问题
教学重点：爱因斯坦光电效应方程，会用来解决简单的问题
教学难点：用光子说解释光电效现象
第一部分：要点自学
（一）、能量量子假说
普朗克于1900年提出，物体热辐射所发出的电磁波的能量是 一份一份的 ，只能是h ν的 整数倍 ，h ν称
为 能量子 ； 其中ν是辐射电磁波的频率，h 是普朗克常量，h=_6.63×10－34 J .s ；
能量量子假说可以非常合理地解释某些电磁波的 辐射 和 吸收 的实验现象；
二、光子假说
_爱因斯坦___于1905年提出， 在空间传播的光的能量是__不连续__的，而是一份一份的，每一份叫_光子__,光子的能量跟光的_ν__成正比，即__h ν___
光子假说可以完美地解释 光电效应 的各种特征。
三、 爱因斯坦光电效应方程
1、在光电效应中，金属中的电子在飞出金属表面时要_克服_的引力而做功。
使电子脱离某种金属所做功的____多少_,叫做这种金属的__逸出功__；不同的金属，逸出功__不同_____。
2、用_ W 0_表示逸出功，_12mv 2max _表示光电子最大的初动能，__ h ν_表示入射光子的能量，则有h ν＝12mv 2max
＋W 0，这就是爱因斯坦光电效应方程
四、光子说解释光电效应
1、对于某一金属而言，逸出功W 0一定，故入射光的频率越大，光电子的最大初动能也越大，若入射光的频率比较低，使得__________,就不能产生光电效应；若__________，这时光子的频率就是发生光电效应的极限频率，由于不同金属的逸出功不同，故它们的__极限频率__不同。
2、当光子照射到金属上时，它的能量被金属中的某个电子全部吸收，电子吸收能量后，动能增加，当它的动能足够大,就___逃逸___出来，成为光电子，光电子的发射时间很短，不需要能量的积累过程。
3、电子吸引光子的能量后，可能向各个方向运动，有的向金属内部运动，有的向外运动，由于路程不同，电子__逸出功__不同，因而它们离开金属表面的初动能不同，只有直接从金属表面飞出来的电子的初动能最大。
第二部分：课堂探究
1、如何从能量守恒的角度来理解光电效应方程？
2、为什么产生光电效应时，存在极限频率？
3、为什么是否产生光电效应只与照射光的频率有关，与光照强度无关，与光照时间无关？
4、为什么会存在遏止电压且遏止电压只与入射光频率有关，与入射光强度无关。
第三部分：课堂练习
1、（双选）下列关于光子的说法，正确的是（ AC ）
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 、光子的能量有光频率决定，其能量与它的频率成正比
D 、光子可以被电场加速
3、（双选）已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0 （ AB ）
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，所产生的光电子的最大初动能为h ν0
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
4、分别用波长为λ和 λ4
3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 （ B ）
A 、λhc 21
B 、λ32hc ．
C 、λ43hc
D 、c
h 54λ 5、如图所示，当电键S 断开时，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极K ，发现电流表读
数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V 时，电流表的读数
仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V 时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸
出功为( A )
A ．1.9 eV
B ．0.6 eV
C ．2.5 eV
D ．0.31 eV
解析：设用光子能量为2.5 eV 的光照射时，光电子的最大初始动能为E k ，阴极材料逸出功为W 0，当反向电压达到U ＝0.60 V 以后，具有最大初始动能的光电子也达不到阳极，因此eU ＝E k
所以E k ＝0.6 eV
由光电效应方程有：h ν＝E k ＋W 0
代入数据解得： W 0＝1.9 eV.
所以此时最大初始动能为0.6 eV ，该材料的逸出功为1.9 eV.
答案： (1)0.6 eV (2)1.9 eV
6.已知金属铯的极限波长为0.66 μm.用0.5 μm 的光照射铯金属表面发射光电子的最大初动能为多少焦耳？铯金属的逸出功为多少焦耳？
6．9.6×10－20 J 3.0×10－19 J
解析 光波的波长越小，频率就越大，光子的能量就越大，反之光子能量就越小．当光子能量等于逸出功时波长最
长，所以W ＝h ν0＝h c λ0＝6.63×10－34×3×1080.66×10
－6 J ≈3.0×10－19 J ．由爱因斯坦光电效应方程h ν＝12mv 2max ＋W 知12mv 2max ＝h c λ－h c λ0＝6.63×10－34×3×108×(10.50×10－6－10.66×10
－6) J ≈9.6×10－20 J.。