人教版物理教材选修3-5 第十七章第2节《光的粒子性》名师教案
人教版物理教材选修3-5 第十七章第2节《光的粒子性》名师教案
光的粒子性——光电效应一、概述本课题为普通高中物理选修（3-5）第五章波和粒子第一节，高三理科班课程，学时一课时。
学习光电效应现象及其解释理论——光电效应方程。
本课教材蕴含着十分丰富的教学内容：在知识方面，本课作为后牛顿物理两大支柱之――量子理论的入门，涉及到量子物理最基础的内容，也是经典物理学与量子物理学的重要衔接；同时本节还有着厚重的物理学科文化积淀，有物理学史、科学方法、辩证唯物主义思想、创新意识等人文精神教育的题材．教材在知识陈述上较为浅显直接，而关于这些知识的“背景”，则是相当丰满、承赋人文，为实施“科学的人文教育价值”提供了很大的空间．二、核心素养经历“探究光电效应的规律”过程，让学生获得探究活动的体验，体验探究自然界规律的艰辛与喜悦．陶冶崇尚科学、仰慕科学家，欣赏物理学的奇妙与和谐的情愫．学习科学家敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神，培养判断有关信息是否科学的意识．三、教学目标1. 了解光电效应研究史实．了解光子的概念，了解并识别光电效应现象．2. 能表述光电效应现象的规律，会用光子说解释光电效应现象的规律．3. 理解光电效应方程的各个物理量的含义及其对光电效应的解释．四、学情分析学生已经在3-5第二章学习过原子结构和氢原子光谱与能级结构，对原子微观结构有了一定的认识。
知道原子的电离过程本质。
高三理科班学生对原子的微观机理有一定的兴趣，但是，微观世界的抽象性会成为学生理解过程的主要障碍。
急于求成、重视结论型陈述、轻视物理探究史实和逻辑推理是不少理科生学习原子物理相关理论的通病，这也是这一部分知识遗忘率高的原因。
五、教学过程课前：登陆优教平台，发送预习任务。
根据优教平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。
<一> 引言师：前几节课我们了解了人们在研究光的本性过程提出的几种有代表性的学说。
（简单回顾光的微粒说和波动说的发展过程）自从麦克期韦提出光的电磁说，赫兹又用实验证实了麦克斯韦的理论后，光的波动理论发展到了完美的地步。
人教版高二物理选修3-5第十七章 波粒二象性 第二节 光的粒子性 学案教师版-最新教育文档
第十七章波粒二象性第二节光的粒子性学案班别姓名学号一、自主预习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__________，发射出来的电子叫做光电子。
2．光电效应规（1）每种金属都有一个极限________。
（2）光子的最大初动能与入射光的强度无关，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_________的，每一份叫做一个光子。
光子的能量为ε=hν，其中h是普朗克常量，其值为__________。
（2）光电效应方程：E k=hν–W0。
其中hν为入射光的能量，E k为光电子的最大初动能，W0是金属的________。
4．遏止电压与截止频率（1）遏止电压：使光电流减小到_________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最小频率叫做该种金属的_________（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最小值，叫做该金属的__________。
光电效应频率频率瞬时强度一份一份 6.63×10–34 J·s 逸出功零截止频率逸出功二、课堂突破两条线索（1）通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。
（2）通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大。
图线形状与入射光频①极限频率：图线与ν②逸出功：值③普朗克常量：图线的斜率颜色相同、强度不同的光， ①遏止电压②饱和光电流③最大初动能：颜色不同时，光电流与电①遏止电压②饱和光电流③最大初动能与入射光频率①截止频率②遏止电压增大③普朗克常量子电量的乘积，即极之间接反向电压）0A ．当换用频率为ν1（ν1<ν0）的光照射阴极 K 时，电路中一定没有光电流B ．当换用频率为ν2（ν2>ν0）的光照射阴极K 时，电路中一定有光电流C ．当增大电路中电的电压时，电路中的光电流一定增大D ．当将电极性反接时，电路中一定没有光电流产生参考答案：BA 、当换用频率为ν1（ν1＜ν0）的光照射阴极K 时，入射光的频率可能大于金属的极限频率，发生光电效应，电路中可能有光电流．故A 错误．B 、频率为ν0的光照射到阴极K 上时，电路中有光电流，知发生了光电效应，当换用频率为ν2 （ν2＞ν0）的光照射阴极K 时，一定能发生光电效应，一定有光电流．故B 正确．C 、增大电源电源，电路中的光电流可能达到饱和值，保持不变．故C 错误．D 、将电源的极性反接，电子做减速运动，可能能到达阳极A ，电路中可能有光电流．故D 错误 故选：B ．三、巩固训练1．某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示。
人教版高中物理选修(3-5)-17.2《光的粒子性》参考教案
光的粒子性一、教学目标1、知识与技能（1）光电效应现象具有哪些规律．（2）人们研究光电效应现象的目的性．（3）爱因斯坦的光子说对光电效应现象的解释．2、过程与方法(1)观察用紫外线灯照射锌板的实验，分析现象产生的原因．(2)观察光电效应演示仪的实验过程，掌握分析现象所得到的结论．3、态度、情感、价值观结合物理学发展史使学生了解到科学理论的建立过程，渗透科学研究方法的教育．二、教学重点与难点分析：（1）光电效应现象的基本规律、光子说的基本思想和做好光电效应的演示实验是本节课的重点(2)发生光电效应时光电流的强度为什么跟光电子的最大初动能无关，只与入射光的强度成正比．三、教学过程：1、什么是光电效应现象？什么是光电子？什么是光电流？在光（包括不可见光）的照射下从物体发射出电子的现象叫做光电效应现象。
发射出的电子叫做光电子。
由于光电子而导致的回路电流叫光电流。
例1、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连.用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图5-1所示.这时( )A.锌板带正电，指针带负电B.锌板带正电，指针带正电C.锌板带负电，指针带正电D.锌板带负电，指针带负电例2、光电效应实验的装置如图5-4所示，则下列说法中正确的是()A.用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转B.用红色光照射锌板，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例3、在图5-6所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A 单色照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B 单色光照射时不发生光电效应，那么( )A.A 光的频率大于B 光的频率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b 流向a2、光电效应有那些规律？实验研究：向学生介绍光电效应演示仪．在黑板上画一示意图，如图所示．S 为抽成真空的光电管，C 是石英窗口，光线可通过它照射到金属板K 上，金属板A 和K 组成一对电极与外部电路相连接．光源为白炽灯，在光源和石英窗口C 之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节．观察现象一：在没有光照射K 时，电压表有示数，电流表没有示数，说明什么？观察现象二：保持AK 间电压一定，灯泡亮度一定，在窗口 C 前依次放上红色、橙色、绿色滤光片，观察到红光照射金属板K 时没有光电流，橙光和绿光照射时有光电流．用红光照射时改变入射光的亮度和改变电场电压都不发生光电效应．观察现象三：逐渐减小KA 间的正向电压，直到电压为零时，电流表仍有示数，说明光电流依然存在．如果在KA 间加一反向电压，则光电流变小，增大反向电压，使光电流刚好为零．实验结论：（1）金属表面被光照射可在10-9s 的时间内打出光电子，即光电效应几乎是瞬间发生的。
人教版 高二物理 选修3-5 第十七章：17.2光的粒子性 导学案设计(无答案)
17.2光的粒子性【重点难点】1光电效应的实验规律2 爱因斯坦光电效应方程以及意义【读书指导】根据读书指导，课前自主完成一、光电效应的实验规律实验演示：（参见教材图17.2-1）介绍实验器材，并引导学生观察实验现象。
问题1（A类）你发现了什么现象？这个现象说明了什么？问题2（B类）这是一种什么现象呢？如何描述？问题3（A类）光电效应还会有哪些现象呢？引导学生分析实验装置（教科书图17.2-2）问题4（B类）按图17.2-2连接的电路，AK两端的电压成为正向电压，起到什么作用的呢？（提示：试用带电粒子在电场中的运动知识解释）不加正向电压电路中有电流吗？问题5（B类）保持光照条件不变，调节滑动变阻器逐渐加大两极之间的电压，大家分析电流会怎样变化？（观察演示实验）问题6（B类）若当A接负极，K接正极时, 保持光照条件不变，逐渐加大两极之间的电压大家分析电流会怎样变化？（提示：利用类比的思想即和问题4方法，进行分析）问题7（B类）加遏止电压，光电流为0，那么不加是否也可以为0呢？（观察演示实验）问题8（C类）按照经典理论解释加了遏止电压后，如果再增大入射光的强度，电路中会有光电流吗？减弱光的强度，遏止电压会减小吗？问题9（C类）按经典的电磁理论，请你猜想，如果入射光的频率超过截至频率，第一次用很弱的光照射，第二次用很强的光照射，请问那一次光电子从锌板跑出来的时间长些？但实验的结果又是怎样的呢？二．光电效应解释中的疑难问题10（B类）同学们根据自己已有的知识对光电效应可能发生的现象进行了猜测和分析，我们发现我们的推测与实验大相径庭，是我们学的知识错了还是面对新的实验事实应该建立新的理论呢？而根据你学过的知识和观点，哪些观点对你解释实验现象能有所启示？三．爱因斯坦的光电效应方程问题11（B类）你能否尝试用爱因斯坦的理论解释光电效应现象？【典型例题】：【例1】对于任何一种金属，必须满足下列哪种条件，才能发生光电效应 ( ) 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．入射光的频率大于某一极限频率【例2】利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是( )A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子B．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子C．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出D．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子【例3】．现有a、b、c三束单色光，其频率关系为va<vb<vc c，用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应。
高中物理 第十七章 3粒子的波动性教案 新人教版选修3-5(2篇)
粒子的波动性★新课标要求（一）知识与技能1．了解光既具有波动性，又具有粒子性。
2．知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。
3．知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。
（二）过程与方法1．了解物理真知形成的历史过程。
2．了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性。
3．知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。
（三）情感、态度与价值观1．通过学生阅读和教师介绍讲解，使学生了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正。
2．通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科学态度。
3．通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法。
★教学重点实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。
★教学难点实物粒子的波动性的理解。
★教学方法学生阅读－讨论交流－教师讲解－归纳总结★教学用具：课件：PP演示文稿（科学家介绍，本节知识结构）。
多媒体教学设备。
★课时安排 1 课时★教学过程（一）引入新课提问：前面我们学习了有关光的一些特性和相应的事实表现，那么我们究竟怎样来认识光的本质和把握其特性呢？请同时举出相应的事实基础。
学生阅读课本、思考后回答：光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性。
在不同条件下表现出不同特性。
（分别举出有关光的干涉衍射和光电效应等实验事实）。
点评：让学生阅读课本内容结合前面所学知识进行归纳总结，形成正确观点。
教师：原来我们不能片面地认识事物，能举出本学科或其他学科或生活中类似的事或物吗？学生举例说明：例如哲学中对事物的辨正观点等。
点评：培养学生对事物或规律的全面把握，并与与其他学科进行横向渗透联系。
（二）进行新课1、光的波粒二象性教师：讲述光的波粒二象性。
在学生的辨析说明下进行归纳整理。
（1）我们所学的大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。
光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。
人教版高中物理选修3-5学案设计-第十七章第一、二节能量量子化光的粒子性
第十七章波粒二象性〔情景切入〕1990年，德国物理学家普朗克提出了一个大胆的假设：粒子的能量只能是某一最小能量值的整数倍。
这一假说不仅解决了热辐射问题，同时也改变了人们对微观世界的认识。
光在爱因斯坦的眼里成了“粒子”，电子、质子等在德布罗意看来具有了波动性……光到底是什么？实物粒子真的具有波动性吗？让我们一起进入这种神奇的微观世界，去揭开微观世界的奥秘吧。
〔知识导航〕本章内容涉及微观世界中的量子化现象。
首先从黑体和黑体辐射出发，提出了能量的量子化观点，进而通过实验研究光电效应现象，用爱因斯坦的光子说对光电效应的实验规律做出合理解释，明确了光具有波粒二象性，进而将波粒二象性推广到运动的实物粒子，提出了德布罗意波的概念，经分析和研究得出光波和德布罗意波都是概率波以及不确定性关系的结论。
本章内容可分为三个单元：(第一～二节)主要介绍了能量量子化和光的粒子性；第二单元(第三节)介绍了粒子的波动性；第三单元(第四～五节)介绍了概率波和不确定性关系。
本章的重点是：普朗克的能量量子化假设、光电效应、光电效应方程、德布罗意波。
本章的难点是：光电效应的实验规律和波粒二象性。
〔学法指导〕1．重视本章实验的理解。
本章知识理论性很强，涉及的新概念较多，也比较抽象，但它们作为物理量都有其实验事实基础，所以在学习时要结合实验来理解它们，就不会觉得那么抽象。
2．注意体会人类认识微观粒子本性的历史进程。
人类认识微观粒子本性的进程是波浪形的，在曲折中前进，旧的理论总是被新发现、新的实验事实否定，为解释新实验事实又提出新的理论。
光电效应和康普顿效应证明了光是一种粒子，但光的干涉和衍射又证明了光是一种波，因此光是一种波——电磁波，同时光也是一种粒子——光子。
也就是说光具有波粒二象性。
光在空间各点出现的概率是受波动规律支配的，因此光是一种概率波。
3．学习本章知识会用到以前学过的知识，如光的干涉、衍射，弹性碰撞、动量定理和动能定理等，因此可以有针对性地复习过去的这些知识，对顺利学习本章内容会有帮助。
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。
高二下学期物理人教版选修3—5第17章第2节光的粒子性教案
新课教学（课件辅助讲述）用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电验电器相连），使验电器张角增大到约为30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。
课件辅助展示：光电效应现象。
提出问题：上述现象说明了什么，为什么出现这种现象。
思考问题尝试解释这种现象，并能够提出光电效应现象。
学生通过实验现象，客观的认识光电效应概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物 体发射电子的现象叫做光电效应。
发射出来的电子叫做光电子。
介绍光电效应概念，学生能够理解这节课所涉及的概念通过对实验现象的观察，能够总结出光电效应的概念使学生清楚这一节课所研究的对象和内容。
演示：光电效应实验光照不变，增大U AK ，G 表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。
遏止电压，将电源正负极反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。
当 K 、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 Uc 时，光电流恰为0。
引导学生总结： ①实验表明：对于一定颜色的光，入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。
② 遏止电压Uc ，c221eU v m c e 实验表明:对于一定颜色(频率)的光，无论光的强弱如何，遏止电压是一样的。
光的频率改变时，遏止电压也会改变。
截止频率νc ----极限频率，对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率νc ，当入射光频率ν>νc 时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率ν <νc 时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。
③ 光电效应是瞬时的。
观察实验现象归纳总结并熟悉掌握：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，入射光越强，饱和电流越大； 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.通过实验现象和理论分析，培养学生观察实验现象，分析总结实验结论，掌握实验规律的实验能力。
2光的粒子性-人教版选修3-5教案
光的粒子性-人教版选修3-5教案一、教学目标1.了解光的本质和特性，学会描述光的波动和粒子性；2.了解光的产生方式和传播方式；3.掌握光的透射规律和光在各种介质中的传播规律；4.理解各种光学现象的产生原理。
二、教学内容2.1 光的本质和特性2.1.1 光的波动性光的波动性表现在光的干涉、衍射和偏振现象上。
通过干涉、衍射实验可以证明光具有波动性。
2.1.2 光的粒子性光的粒子性表现在光电效应、康普顿散射和黑体辐射定律上。
经过光电效应实验得知，光也具有粒子性。
2.2 光的产生和传播2.2.1 光的产生光的产生有自发辐射、受激辐射和受激发射。
其中，自发辐射和受激辐射是光的产生的本质差别。
2.2.2 光的传播光在真空中传播时速度是恒定的，而在介质中传播时，由于介质的折射率的不同，光的传播速度会发生变化。
2.3 光的透射和反射2.3.1 光的透射和反射规律当光从一种介质通过到另一种介质时，会发生折射。
当光从一种介质射入另一种介质且入射角度为0时，会发生全反射。
2.3.2 光的透射和反射现象通过实验可以发现，光在不同的介质中会产生各种不同的现象，例如：光的色散现象、光的多重透射现象等。
2.4 光的衍射光的衍射是光通过狭缝或障碍物后发生的现象。
经过实验可以证明，障碍物的大小和狭缝的宽度和衍射现象密切相关。
2.5 光的偏振光的偏振是指振动方向相同且处于同一平面的光的集合。
影响光的偏振的因素包括反射、透射和折射等。
三、教学重点1.光的本质和特性；2.光的产生和传播；3.光的透射、反射、衍射和偏振。
四、教学方法1.演示法：通过演示实验的方式展示光的各种现象，帮助学生理解和掌握知识；2.探究法：引导学生通过实验和科学探究的方式深入理解光的本质和特性；3.合作学习法：通过小组合作的形式，让学生互相交流和学习，提高学习效果。
五、教学评价通过教师观察、学生表现和考试成绩等综合评价学生对于光的本质和特性、光的产生和传播、光的透射、反射、衍射和偏振等方面的掌握程度。
新课标人教版3-5选修三17.2《光的粒子性》优秀教案2(重点资料).doc
普通高中课程标准实验教科书—物理（选修3－5）[人教版]第十七章波粒二象性新课标要求1．内容标准（1）了解微观世界中的量子化现象。
比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。
体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。
（2）通过实验了解光电效应。
知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
（3）了解康普顿效应。
（4）根据实验说明光的波粒二象性。
知道光是一种概率波。
（5）知道实物粒子具有波动性。
知道电子云。
初步了解不确定性关系。
（6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。
体会人类对世界的探究是不断深入的。
例1 通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。
2．活动建议阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。
新课程学习17．2 科学的转折：光的粒子性★新课标要求（一）知识与技能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。
3．了解康普顿效应，了解光子的动量（二）过程与方法经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。
（三）情感、态度与价值观领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
★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★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备★课时安排2 课时★教学过程（一）引入新课提问：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？（多媒体投影，见课件。
）学生回顾、思考，并回答。
教师倾听、点评。
光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。
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。
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.。
人教版选修3-5 17.1能量量子化17.2光的粒子性 学案
1 能量量子化2 光的粒子性[学习目标] 1.了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射．(重点)2.了解黑体辐射的实验规律，了解黑体辐射的强度与波长的关系．(重点)3.知道光电效应中极限频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾.4.知道光子说及其对光电效应的解释．(重点)5.掌握爱因斯坦光电效应方程并会用它来解决简单问题．(难点)一、能量量子化1．黑体与黑体辐射(1)热辐射我们周围的一切物体都在辐射电磁波．这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射．物体热辐射中随温度的升高，辐射的较短波长的电磁波的成分越来越强．(2)黑体某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．(3)黑体辐射的实验规律①一般材料的物体，辐射电磁波的情况，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．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．(4)维恩和瑞利的理论解释①建立理论的基础：依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释．②维恩公式：在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大．③瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，由理论得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”．2．能量子(1)普朗克的假设振动着的带电微粒能量只能是某一最小能量值ε的整数倍.即能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)能量子公式ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34 J·s.(一般取h＝6.63×10－34J·s)(3)能量的量子化在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．这种现象叫能量的量子化．(4)普朗克理论①借助于能量子的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合之好令人击掌叫绝．②普朗克在1900年把能量子列入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一．二、光电效应现象和规律1．光电效应定义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．入射光强度一定，单位时间内阴极K发射的光电子数一定．入射光越强，饱和电流越大．表明入射光越强，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．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，即光电子的能量只与入射光的频率有关．当入射光的频率低于截止频率时，不论光多么强，光电效应都不会发生．(3)光电效应具有瞬时性．光电效应几乎是瞬时的，无论入射光怎么微弱，时间都不超过10－9 s.4．逸出功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，用W0表示，不同金属的逸出功不同．三、爱因斯坦的光子说及光电效应方程1．光子说(1)内容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，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子称为光子．(2)光子能量公式为ε＝hν，其中ν指光的频率．2．光电效应方程(1)对光电效应的说明在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，其中一部分用来克服金属的逸出功W0，另一部分为光电子的初动能E k.(2)光电效应方程E k＝hν－W0.3．对光电效应规律的解释(1)光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光的强弱无关．只有当hν>W0时，才有光电子逸出．(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．(3)对于同种颜色的光，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．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大．(√)(2)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比．(√)(3)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．(×)(4)在发生光电效应的条件下，入射光强度越大，饱和光电流越大．(√)(5)不同的金属逸出功不同，因此金属对应的截止频率也不同．(√)(6)入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多．(√)2.(多选)下列叙述正确的是()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．一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关[解析]根据热辐射定义知A对；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B、C错、D对．[答案]AD3．(多选)对光电效应的解释正确的是()A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，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引力要做的最小功，光电子便不能逸出来，即光电效应便不能发生了C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，发射的光电子的最大初动能就越大D．由于不同的金属逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同[解析]实验证明，不论入射光的强度多大，只要入射光的频率小于金属的极限频率，就不会发生光电效应，而光电子的最大初动能与入射光频率和金属材料有关，材料不同，逸出功不同，由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋12m v2m可知，光电子的最大初动能也就不同．当v m＝0时，ν0＝Wh，W不同则ν0不同．最大初动能与光强无关．[答案]BD1(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值．(2)随着温度的升高①各种波长的辐射强度都有增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．[特别提醒]①热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强；②黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在；③黑体看上去不一定是黑的，有些可看作黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮．3．能量子的有关问题(1)对能量子的理解：物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是hν的整数倍．(2)能量子假说的意义：解决了“紫外灾难”的问题，破除了“能量连续变化”的传统观念．【例1】(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知()A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加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[解析]由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来，故A、C、D正确，B错误．[答案]ACD1．(多选)关于对热辐射的认识，下列说法正确的是()A．温度越高，物体辐射的电磁波越强B．冷的物体只吸收电磁波C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色[解析]一切物体都在不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A正确，B错误；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色，D正确．[答案]AD1(1)光子与光电子光子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)光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，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．光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能．(3)光子的能量与入射光的强度光子的能量即每个光子的能量，其值为ε＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定．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．(4)光电流与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．(5)光的强度与饱和光电流饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系．2．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，所以遏止电压应与光的强弱有关，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，光电效应几乎是瞬时的．【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．用红外线照射，电流表一定无电流通过D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过[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正确．因不知阴极K的截止频率，所以用红光或红外线照射时，也可能发生光电效应，所以选项B、C错误．即使U AK＝0，电流表中也可能有电流通过，所以选项D错误．[答案] A在例题2中，若将电路中的电源正负极对调，其他条件不变．则电路中是否还有电流？若将滑动触头左右移动？电流表示数如何变化？【提示】电路中不一定有电流．若将触头向A端移动，则电流可能逐渐增大，向B端移动电流可能逐渐减小．关于光电效应的两点提醒(1)发生光电效应时需满足：照射光的频率大于金属的极限频率，即ν＞νc，或光子的能量ε＞W0.(2)光电子的最大初动能只与照射光的频率及金属的逸出功有关，而与照射光的强弱无关，强度大小决定了逸出光电子的数目多少．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．在光电效应中，一个电子只能吸收一个光子C．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D．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[解析]按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，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．综上所述，选项B、C正确．[答案]BC1k0(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：能量为E＝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E k，根据能量守恒定律可知：E k＝hν－W0.(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－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 km-ν图线：如图所示是光电子最大初动能E km随入射光频率ν的变化图线．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．2．光电效应规律中的两条线索、两个关系(1)两条线索：(2)两个关系：光强→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．【例3】在研究光电效应现象时，先后用两种不同色光照射同一光电管，所得的光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是()A．色光乙的频率小、光强大B．色光乙的频率大、光强大C．若色光乙的强度减为原来的一半，无论电压多大，色光乙产生的光电流一定比色光甲产生的光电流小D．若另一光电管所加的正向电压不变，色光甲能产生光电流，则色光乙一定能产生光电流[解析]由题中图象可得用色光乙照射光电管时遏止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大，所以色光乙的频率大，光子的能量大．由题中图象可知，色光甲的饱和光电流大于色光乙的饱和光电流，故色光甲的光强大于色光乙的光强，AB错误；如果使色光乙的强度减半，则只是色光乙的饱和光电流减半，在特定的电压下，色光乙产生的光电流不一定比色光甲产生的光电流小，C错误；因色光乙的频率大于色光甲的，故另一个光电管加一定的正向电压，如果色光甲能使该光电管产生光电流，则色光乙一定能使该光电管产生光电流，D正确．[答案] D3．(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，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[解析]产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法A正确．饱和光电流大小与入射光的频率无关，说法B 错误．光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法C正确．减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，说法D错误．[答案]AC4．爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释了光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能E km与入射光频率ν的关系如图所示，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 km与入射光强度成正比C．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[解析]金属的逸出功只和金属的极限频率有关，与入射光的频率无关，A 错误；最大初动能取决于入射光的频率，而与入射光的强度无关，B错误；只有ν>ν0时才会发生光电效应，C错误；由爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0和W0＝hν0(W0为金属的逸出功)可得，E k＝hν－hν0，可见图象的斜率表示普朗克常量，D正确．[答案] D1．关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是()A．黑体是真实存在的B．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元C．随着温度升高黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱D．黑体辐射无任何实验依据[解析]黑体并不是真实存在的，A错误；普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，故B正确；随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，故C错误；黑体辐射是有实验依据的，故D错误．[答案] B2.(多选)光电效应实验的装置如图所示，则下列说法正确的是()A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红色光照射锌板，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[解析]锌板连接验电器，在紫外光的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，则验电器也带正电并且指针发生偏转，故AD正确，C错误；红光不能使锌板发生光电效应，B错误．[答案]AD3．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减小，而频率保持不变，那么()A．从光照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间的，所以A错误；入射光的频率不变，则逸出的光电子的最大初动能也就不变，B错误；入射光强度减弱，说明单位时间内入射光子数减少，则单位时间内从金属表面逸出的光电子数也减少，C正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率大于这种金属的极限频率，即使入射光的强度减小，也一定能发生光电效应，D错误．[答案] C4.如图所示为一真空光电管的应用电路，关于电路中光电流的饱和值，下列说法正确的是()A．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．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于光电管所加的正向电压的大小D．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的光照时间[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，故B正确，ACD错误．[答案] B。
2018学年第二学期高二物理选修3-5第17章第二节《光的粒子性》学案
选修3-5 第17章波粒二象性第2节光的粒子性年级：班级：学号：姓名：学习目标：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.3.了解康普顿效应及其意义，了解光子的动量．学习过程：【新知探究】一、光电效应现象及其实验规律[导学探究]如图1甲是研究光电效应现象的装置图，图乙是研究光电效应的电路图，请结合装置图及产生的现象回答下列问题：图1(1)在甲图中发现，利用紫外线照射锌板无论光的强度如何变化，验电器都有张角，而用红光照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器总无张角，这说明了什么？(2)在乙图中光电管两端加正向电压，用一定强度的光照射时，若增加电压，电流表示数不变，而光强增加时，同样电压，电流表示数会增大，这说明了什么？(3)在乙图中若加反向电压，当光强增大时，遏止电压不变，而入射光的频率增加时，遏止电压却增加，这一现象说明了什么？(4)光电效应实验表明，发射电子的能量与入射光的强度无关，而与光的频率有关，试用光子说分析原因．答案(1)金属能否发生光电效应，决定于入射光的频率，与入射光的强度无关．(2)保持入射光频率不变，发生光电效应时，飞出的光电子个数只与光的强度有关．(3)光电子的能量与入射光频率有关，与光的强度无关．(4)由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能一份一份地吸收光子的能量，而且这个传递能量的过程只能是一个光子对应一个电子的行为．如果光的频率低于极限频率，则光子提供给电子的能量不足以克服原来的束缚，就不能发生光电效应．而当光的频率高于极限频率时，能量传递给电子以后，电子摆脱束缚要消耗一部分能量，剩余的能量以光电子的动能形式存在．[知识深化]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．4．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．5．保持入射光频率不变，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．6．光的强度与饱和光电流：饱和光电流与光强有关，与所加的正向电压大小无关．且饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的．对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间不是简单的正比关系． 例1 (多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，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、负极接反二、光电效应方程的理解和应用[导学探究] 用如图3所示的装置研究光电效应现象．用光子能量为2.75 eV 的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表的示数不为零；移动滑动变阻器的滑动触头，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V 时，电流表示数为0.图3(1)光电子的最大初动能是多少？遏止电压为多少？(2)光电管阴极的逸出功又是多少？(3)当滑动触头向a 端滑动时，光电流变大还是变小？(4)当入射光的频率增大时，光电子最大初动能如何变化？遏止电压呢？[知识深化]1．光电效应方程E k ＝hν－W 0的四点理解(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恰好是光电效应的截止频率． 2．光电效应规律中的两条线索、两个关系：(1)两条线索：(2)两个关系：光照强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．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例3如图4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4A．1.9 eV B．0.6 eV C．2.5 eV D．3.1 eV例4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)，如图5所示，则可判断出()图5A．甲光的频率大于乙光的频率B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光的频率大于丙光的频率D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能总结：光电效应图线的理解和应用1．E k－ν图线：如图6甲所示是光电子最大初动能E k随入射光频率ν的变化图线．这里，横轴上的截距是阴极金属的极限频率；纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量(E k＝hν－W0，E k是ν的一次函数，不是正比例函数)．图62．I－U曲线：如图乙所示是光电流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．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；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．针对训练2在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c与入射光的频率ν的关系如图7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7【课堂练习】1．(光电效应现象的理解)(多选)如图8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8A．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2．(光电效应的实验规律)利用光电管研究光电效应实验如图9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9A．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3．(光电效应中的图象问题)如图10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()图10A．E k与ν成正比B．入射光频率必须小于极限频率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4．(光电效应方程的应用)在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为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，则其遏止电压为______．已知电子电荷量的绝对值、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.【归纳整理】。
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．。
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光的粒子性——光电效应一、概述本课题为普通高中物理选修（3-5）第五章波和粒子第一节，高三理科班课程，学时一课时。
学习光电效应现象及其解释理论——光电效应方程。
本课教材蕴含着十分丰富的教学内容：在知识方面，本课作为后牛顿物理两大支柱之――量子理论的入门，涉及到量子物理最基础的内容，也是经典物理学与量子物理学的重要衔接；同时本节还有着厚重的物理学科文化积淀，有物理学史、科学方法、辩证唯物主义思想、创新意识等人文精神教育的题材．教材在知识陈述上较为浅显直接，而关于这些知识的“背景”，则是相当丰满、承赋人文，为实施“科学的人文教育价值”提供了很大的空间．二、核心素养经历“探究光电效应的规律”过程，让学生获得探究活动的体验，体验探究自然界规律的艰辛与喜悦．陶冶崇尚科学、仰慕科学家，欣赏物理学的奇妙与和谐的情愫．学习科学家敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神，培养判断有关信息是否科学的意识．三、教学目标1. 了解光电效应研究史实．了解光子的概念，了解并识别光电效应现象．2. 能表述光电效应现象的规律，会用光子说解释光电效应现象的规律．3. 理解光电效应方程的各个物理量的含义及其对光电效应的解释．四、学情分析学生已经在3-5第二章学习过原子结构和氢原子光谱与能级结构，对原子微观结构有了一定的认识。
知道原子的电离过程本质。
高三理科班学生对原子的微观机理有一定的兴趣，但是，微观世界的抽象性会成为学生理解过程的主要障碍。
急于求成、重视结论型陈述、轻视物理探究史实和逻辑推理是不少理科生学习原子物理相关理论的通病，这也是这一部分知识遗忘率高的原因。
五、教学过程课前：登陆优教平台，发送预习任务。
根据优教平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。
<一> 引言师：前几节课我们了解了人们在研究光的本性过程提出的几种有代表性的学说。
（简单回顾光的微粒说和波动说的发展过程）自从麦克期韦提出光的电磁说，赫兹又用实验证实了麦克斯韦的理论后，光的波动理论发展到了完美的地步。
可是，光电效应的发现又给光的波动理论带来了前所未有的困难。
今天我们就来通过实验研究光电效应的规律，并且通过分析光电效应的规律弄清为什么波动理论无法解释光电效应现象。
评: 点明课题，强调已经十分完美的理论又受到新的实验事实的挑战，引起学生的悬念，激发求知欲。
<二> 新课进行。
1、介绍实验装置。
师：下面给大家介绍一下光电效应实验装置。
(分别介绍锌板、铜网、高压电源、检流装置，一边介绍，一边在黑板上画出整个装置的示意图) 评：介绍装置后画出装置示意图，将具体的较复杂的实验装置变为简明的板画，突出了原理，有助于后面对实验事实的进一步分析。
师：现在我把高压电源接通，检流装置接上，为什么检流计不发生偏转?学生：(集体) 电路还处于断开状态。
师：哪一部分断开?学生：锌板和铜网之间。
中间是空气，不能导电。
师：对。
现在让我们用紫外线照射锌板，大家注意观察。
(介绍紫外线灯，用紫外照射锌板，检流计指针偏转)师：刚才用紫外线照射锌板时，看到了什么现象?为什么会出现这种现象?学生：看到检流计指针发生了偏转，说明电路中出现了电流。
师：这电流可能是哪种原因产生的?学生：可能是紫外线使空气电离，也可能是紫外线使锌板飞出了电子。
师：对。
这两种可能性都有。
但是，如果我们用铜板代替锌板，则指针不会发生偏转，这样，排除了哪种可能性?学生：(集体)排除了空气被电离的可能性。
师：这样，我们就知道，锌板在紫外线的照射下，飞出了电子，这种物体在光照下有电子飞出的现象叫光电效应;在光照下从物体中飞出的电子叫光电子，电路中的电流叫光电流。
(投影：光电效应，光电子，光电流)(板画：光电效应的形成过程)评: 这一阶段介绍什么是光电效应。
从演示入手，引导学生观察并分析实验现象，为下面的研究光电效应规律作准备。
师：下面我们进一步研究光电效应有哪些规律。
(用应急灯的可见光照射锌板，而后用X射线照射锌板) 刚才分别用可见光和X射线照射锌板，大家看到了什么现象?学生：(集体)用可见光照射时无电流，用X射线照射时有电流。
师：这又说明了什么呢?学生：可见光频率较低，不能发生光电效应，X射线频率较高，可以发生光电效应。
师: 对。
我们知道，可见光，紫外线，X射线都是电磁波，只是频率高低不同。
科学家们还用不同频率的各种电磁波照射同一种金属板，发现，当频率低到一定程度后，不论怎样增大入射光强度，怎样延长照射时间，都无法发生光电效应。
这一频率界限就叫极限频率。
(投影：二、规律:，才能发生光电效应。
)师：科学家还发现，发生光电效应时，若将高压电源去掉，检流计中仍能发现有电流通过。
这说明什么呢?学生：飞出的电子不需要加速电压，能从锌板飞向铜网。
师：对。
这也说明飞出的电子具有一定的初速度，具有一定的初动能。
光电子的这一初动能是从哪里来的呢?学生：从入射光中获得。
师：对。
科学家用不同的光(不同频率，不同光强)照射同一金属。
发现：光电子的最大初动能E km与入射光强度无关，只与入射光频率有关，并且随入射光频率的增大而增大。
(投影：2、光电子的最大初动能E km与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大)，这是光电效应的第二条规律。
师：再让我们看一看，在能发生光电效应的情况下，从光照开始到光电效应发生，需要的时间长短。
(用X射线照射锌板，让X射线不断地断、续照射，检流计指针的偏转也断、续发生)刚才大家看到的现象说明了什么问题?学生：光电效应发生非常快。
师：对。
科学家用仪器测出了光电效应的发生时间，在10-9秒以下。
在这段时间中，光只能通过约20-30厘米的距离。
可以说光电效应的发生几乎是瞬时的。
投影(3、光电效应的发生几乎是瞬时的。
)师：在上面研究的光电效应的第二条规律中，我们知道入射光强不影响光电子的最大初动能，那么入射光强可以对什么发生影响呢?(把紫外线管靠近锌板，改变紫外线管与锌板的距离，检流计指针偏转幅度相应地发生变化)这个现象说明什么?学生：说明入射光强度增大时，光电流强度也增大。
师：对。
精确的实验表明，光电流强度与入射光强度成正比关系，这是光电效应的和4条规律。
(投影：4、光电流随入射光强度的增大而增大。
) 评：从演示实验入手，一步一步地引导学生观察、分析，尽量让学生自己通过观察、分析获得知识。
师：刚才我们通过对实验现象的观察、分析，得出了光电效应的规律。
历史上科学家们通过大量的实验，总结出了光电效应的4条规律，下面大家看课本，熟悉这4条规律。
学生(看书)师：下面提几个问题。
(问题是(1)某光恰能使锌发生光电效应，那么能使课本中表格内哪些金属发生光电效应?(2)表中哪种金属最易发生光电效应?(3)为什么各种金属的极限频率不同?)学生(分别回答上述三个问题。
)评：上面的学生看书，紧接着教师的提问，达到了巩固对4条规律的理解的目的。
师：（提出新问题）为什么说光的波动理论无法解释光电效应的规律？从光电效应的发生过程来看，电子吸收入射光能量后才能挣脱原子核的束缚，所以我们应从能量的角度来分析光效应。
光的波动理论是这样描述光的能量的(1)能量是连续的；(2)振幅（光强）越大，光能越大，光的能量与频率无关。
大家想一想，波动理论为什么无法解释光电效应的规律?我们先来分析第一条规律：存在极限频率。
(提问学生)学生：按波动理论，光强越大，光能越大，就应该能发生光电效应，而事实不是这样。
师：对。
按波动理论，不论什么频率的光，只要光强足够大，就应该发生光电效应，不应存在极限频率。
(投影: 波动理论的困难: 1、不应存在极限频率) 师：波动理论能解释光电子的最大初动能与入射光强无关吗?学生：不能。
按波动理论，入射光强越大，光能越大，飞出的光电子初动能就应越大。
师：对。
事实是光电子的最大初动能仅与入射光频率有关。
(投影：2、光电子最大初动能E km)师：光电效应几乎是瞬时发生的。
也就是说，不论入射光强多么弱，只要>，就立即能发生光电效应。
这用波动理论能解释吗?学生：不能。
按波动理论，光太弱时不能发生光电效应。
师：光太弱时，按波动理论，要达到使光电子飞出的能量，要有一个能量积累过程。
事实上光电效应几乎瞬时发生说明一旦发生光电效应，几乎不需要能量的积累过程。
(投影: 3、弱光照射时应有能量积累过程，不应瞬时发生) 师：光电效应的第4条规律能用波动理论解释吗?学生：(集体)能。
师：从刚才的分析中，我们知道，光的波动理论在解释光电效应时遇到了巨大的困难。
后来，爱因斯坦在普朗克量子化理论的启发下，提出了光子学说。
下面大家看课本：光子学说怎么回事。
评：这部分内容主要从波动理论的主要观点出发，引导学生认识到波动理论的缺陷，为后面引入光子学说做铺垫。
)师：光子说与波动理论的主要区别是什么?学生：光子说认为能量是一份一份的，与频率有关，而波动说认为能量是连续的，与频率无关。
师：物理研究史上勒纳德却从光电流的角度对光电效应做了很深入的研究，得出了光电效应的四条规律，因此获得1905年的诺贝尔物理学奖。
追寻勒纳德的研究，我们来看看实验原理。
（屏幕显示电路原理图，简介电路图）学生（观察，思考）师：勒纳德研究的首要任务是：光电效应的条件是什么？讲台上也摆放着一套光电流演示仪，先让我们带着这个问题来观察实验现象。
（紫光灯照射锌板）学生：灵敏电流计指针偏转，有光电流产生。
师：紫光灯一打开，电流计指针就偏转师：用普通玻璃板挡在紫光灯与锌板之间学生：（惊讶）光电流消失了。
师：普通的玻璃就可以阻挡紫外线，可见，可见光能否使锌板发生光电效应呢？学生观察回答：不能。
师：紫光灯灯光中能使锌板发生光电效应的成分是紫外线师：再仔细观察光电流的大小。
（改变紫光灯与锌板之间的距离）学生观察回答：（惊讶）靠近时，光电流增大；远离时，光电流减小。
师：用普通玻璃板挡在紫光灯与锌板之间，把紫光灯紧贴锌板，有没有光电流？学生观察回答：（失望）没有。
师：可见光不能使锌板产生光电效应；一定频率的紫外线可以；伦琴射线也可以。
从电磁波普的知识可知，这三者的频率是依次增加，实验发现只有高于一定频率的电磁波才能使锌板发生光电效应。
即产生光电效应的条件是学生总结：入射光的频率大于极限频率。
入射光的波长小于极限波长师：知道了光电效应产生条件，我们再来关注它的时效性。
实验中不论是伦琴射线还是紫外线引起锌板放出光电子都是很短的时间内就发生的。
师：更精确的研究表明，光电子发射经过的时间至多为10-9秒。
光电效应中的光电子到底从哪里来？学生：原子核外的电子。
师：光电效应中电子克服原子核对它的吸引所做的功不同，光电子的初动能会有差异，其中最大者叫做光电子的最大初动能。
现在我们通过实验录像来总结影响最大初动能的因素。
（实验录像）学生：（观察后总结）光电子的最大初动能与入射光强无关，只随入射光的频率的增大而增大。