2.2　涅槃鳳凰再飛翔 學(xué)習(xí)目標(biāo) 重點難點 1．知道光電效應(yīng)現(xiàn)象，記住光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。 2．會用光子說解釋光電效應(yīng)實驗規(guī)律，能用光電效應(yīng)方程解決一些簡單的計算問題。 3．知道康普頓效應(yīng)及其意義。 重點：光電效應(yīng)的實驗規(guī)律和光電效應(yīng)方程。 難點：用光子說解釋光電效應(yīng)實驗規(guī)律。 一、光電效應(yīng) 1．光電效應(yīng)現(xiàn)象：在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象，發(fā)射出來的電子叫光電子。 2．光電效應(yīng)的實驗規(guī)律 （1）入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大，即入射光的強(qiáng)度越大，單位時間內(nèi)產(chǎn)生逸出的光電子數(shù)目越多。 （2）當(dāng)入射光的頻率低于某頻率時，不論光多強(qiáng)，照射時間多長，光電效應(yīng)都不能發(fā)生。這個引起光電效應(yīng)的最低頻率叫做截止頻率或極限頻率。不同金屬的截止頻率不同。 （3）在入射光的頻率大于金屬的極限頻率情況下，光電子的能量與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，而隨入射光頻率的增加而增加。 （4）在入射光的頻率大于金屬的極限頻率情況下，光射到金屬上幾乎立即產(chǎn)生光電效應(yīng)，時間不超過10－9 s。 預(yù)習(xí)交流1 做光電效應(yīng)實驗時，為什么要事先給鋅板帶上負(fù)電？ 答案：事先給鋅板帶上負(fù)電，驗電器錫箔張開一定角 度，當(dāng)鋅板發(fā)生光電效應(yīng)時，鋅板因失去電子帶上正電，使驗電器錫箔張開的夾角變小，這樣便于觀察光電效應(yīng)現(xiàn)象。 二、愛因斯坦光子說 愛因斯坦提出光在空間傳播時不是連續(xù)的，而是一份一份的，一份叫做一個光量子，簡稱光子。光子的能量E＝hν。 預(yù)習(xí)交流2 描述波的物理量及波動特有的現(xiàn)象是什么？粒子具有哪些特性？ 答案：描述波的物理量有波長、頻率和波速，波動特有的現(xiàn)象是干涉和衍射。粒子具有質(zhì)量、能量和動量，還具有與其他物質(zhì)碰撞、入射、貫穿、結(jié)合等作用。 三、光子說的又一明證——康普頓效應(yīng) 1．康普頓效應(yīng)：在散射線中，除了有與入射線波長相同的射線外，還有波長比入射線波長更長的射線，人們把這種波長變化的現(xiàn)象叫康普頓效應(yīng)。 2．光子的動量：愛因斯坦指出，光子不僅具有能量，還和實物粒子一樣具有動量，其大小為p＝＝，其方向為光的傳播方向。 預(yù)習(xí)交流3 太陽光從窗口射入室內(nèi)時，我們從側(cè)面可以看到這束光，白天天空都是亮的。宇航員在太空中時，盡管太陽光耀眼刺目，但其他方向的天空卻是黑的，為什么？ 答案：地球表面存在大氣，太陽光經(jīng)大氣微粒的散射后傳向各個方向，所以白天天空都是亮的。但在太空的真空環(huán)境下，太陽光不再散射，只能沿直線向前傳播。 一、正確理解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律 在光電效應(yīng)的實驗規(guī)律中，有人認(rèn)為光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比，光電子的數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比，請你分析這種說法的對錯。 答案：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程mv＝hν－W，對某一確定的金屬來說，逸出功是定值，光電子的最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系，但不是正比關(guān)系。大于極限頻率且入射光的頻率一定的情況下，入射光子的數(shù)目由入射光的強(qiáng)度決定，光越強(qiáng)，入射到金屬表面的光子數(shù)目就越多，金屬表面的電子獲得光子的機(jī)會就越大，故光電子的數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比。 一束綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，則下列選項中正確的是（　　）。 A．若增加綠光的照射強(qiáng)度，則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目不變 B．若增加綠光的照射強(qiáng)度，則逸出的光電子將具有更大的動能 C．若改用紫光照射，則逸出的光電子將具有更大的最大初動能 D．若改用紫光照射，則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目增加 點撥：解此類題的關(guān)鍵是要注意，在光電效應(yīng)中，入射光的頻率和強(qiáng)度從不同的方面影響光電效應(yīng)，要區(qū)分這兩個方面的影響。 答案：C 解析：在光電效應(yīng)中，入射光的頻率決定能否發(fā)生光電效應(yīng)，在能產(chǎn)生光電效應(yīng)時，入射光的強(qiáng)度影響單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目，入射光的頻率影響逸出光電子的最大初動能的大小。選項C正確。 1．光電效應(yīng)的實質(zhì)是光現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為電現(xiàn)象。 2．金屬逸出功的大小由金屬本身決定，與其他因素?zé)o關(guān)。 3．發(fā)生光電效應(yīng)時，飽和光電流與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，入射光的強(qiáng)度大，飽和光電流大。 二、光電效應(yīng)方程的應(yīng)用 同一頻率的光照射不同金屬發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的最大初動能是否相同？ 答案：根據(jù)光電效應(yīng)方程，hν＝W＋Ekm知，不同金屬的逸出功不同，故發(fā)射光電子的最大初動能不同。 （2011新課標(biāo)全國卷）在光電效應(yīng)實驗中，某金屬的極限頻率相應(yīng)的波長為λ0，該金屬的逸出功為________。若用波長為λ（λ＜λ0）的單色光做實驗，則其截止電壓為________。（已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h） 答案：?。ǎ? 利用光電效應(yīng)方程解題的技巧： （1）光電效應(yīng)規(guī)律中“光電流的強(qiáng)度”指的是光電流的飽和值（對應(yīng)從陰極發(fā)射出的電子全部被拉向陽極的狀態(tài)）。因為光電流未達(dá)到飽和值之前，其大小不僅與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，還與光電管兩極間的電壓有關(guān)，只有在光電流達(dá)到飽和值以后才和入射光的強(qiáng)度成正比。 （2）明確兩個決定關(guān)系 ①逸出功W0一定時，入射光的頻率決定著能否產(chǎn)生光電效應(yīng)以及光電子的最大初動能。 ②入射光的頻率一定時，入射光的強(qiáng)度決定著單位時間內(nèi)發(fā)射出來的光電子數(shù)。 三、對康普頓效應(yīng)的理解 在康普頓效應(yīng)中，有些光子與電子碰撞后的波長變長，你能否從動量的觀點和能量的觀點分別對其作出解釋？ 答案：在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射的光子與晶體中的電子碰撞時，要把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，因而光子動量變小。從p＝看，動量p減小意味著波長λ變大，因此有些光子散射后波長變長。同時入射光子與電子相撞時，將本身的一部分能量傳遞給電子，故能量減小，根據(jù)E＝hν可得ν減小，再由c＝λν，得λ＝，由于ν減小，故λ變大，故光子的波長變長。 （2011西安高二檢測）康普頓效應(yīng)證實了光子不僅具有能量，也具有動量。入射光子和電子的作用可以看成彈性碰撞，則當(dāng)光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，如圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運動方向，則碰撞過程中動量________（選填“守恒”或“不守恒”），能量________（選填“守恒”或“不守恒”），碰后光子可能沿________（選填“1”“2”或“3”）方向運動，并且波長________（選填“不變”“變小”或“變長”）。 答案：守恒　守恒　1　變長 解析：光子與電子碰撞過程滿足動量守恒和能量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動量的方向與光子碰前的方向一致，由矢量合成知識可知碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通過碰撞，光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，能量減少，由E＝hν知，頻率變小，再根據(jù)c＝λν知，波長變長。 1．康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性，再次證明了愛因斯坦光子說的正確性。 2．光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)不同，光電效應(yīng)是電子吸收光子而出現(xiàn)的現(xiàn)象；康普頓效應(yīng)是光子與電子碰撞沒有被電子吸收出現(xiàn)的現(xiàn)象。 1．下列關(guān)于光電效應(yīng)的說法正確的是（　　）。 A．若某材料的逸出功是W，則它的極限頻率ν0＝ B．光電子的初速度和照射光的頻率成正比 C．光電子的最大初動能和照射光的頻率成正比 D．光電子的最大初動能隨照射光頻率的增大而增大 答案：AD 解析：由光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W知，B、C錯誤，D正確；若Ekm＝0，得極限頻率ν0＝，故A正確。 2．光電效應(yīng)實驗的裝置如圖所示，開始鋅板不帶電，則下列說法中正確的是（　?。?。 A．用紫外線照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn) B．用紅色光照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn) C．鋅板帶的是負(fù)電荷 D．使驗電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷 答案：AD 解析：紫外線頻率大于鋅板的極限頻率，故鋅板會發(fā)生光電效應(yīng)，向外放出光電子，從而帶上正電荷，所以A、D正確。 3．某單色光照射某金屬時不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下述措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是（　?。? A．延長光照時間　　　　　　B．增強(qiáng)光的強(qiáng)度 C．換用波長較長的光照射 D．換用頻率較高的光照射 答案：D 解析：某單色光照射某種金屬時不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，說明這種光的頻率低于該金屬的極限頻率，要使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，應(yīng)換用頻率高的或波長較短的光照射，故D正確，C錯誤。發(fā)生不發(fā)生光電效應(yīng)與光照時間和光的強(qiáng)度無關(guān)，A、B均錯誤。 4．美國物理學(xué)家康普頓由于在X射線散射方面的研究而榮獲了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎。假設(shè)一個運動的光子和一個靜止的自由電子碰撞以后，電子向某一個方向運動，光子沿另一方向散射出去，則這個散射光子跟原來的光子相比（　?。?。 A．頻率變大　　　　　　　　　　B．速度變小 C．光子能量變大 D．波長變長 答案：D 解析：光子與自由電子碰撞時，遵守動量守恒和能量守恒，自由電子碰撞前靜止，碰撞后動量、能量增加，所以光子的動量、能量減小，由λ＝，E＝hν可知光子頻率變小，波長變長，故D正確。由于光子速度是不變的，故B錯誤。 5．（2011福州高二檢測）在康普頓效應(yīng)實驗中，X射線光子的動量為。一個靜止的C原子吸收了一個X射線光子后將（　?。? A．仍然靜止 B．沿著光子原來運動的方向運動 C．沿光子運動的相反方向運動 D．可能向任何方向運動 答案：B 解析：由動量守恒定律知，吸收了X射線光子的原子與光子原來運動方向相同。故正確選項為B。 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375