2019-2020學(xué)年高中物理 第5章 波與粒子 第1節(jié) 光電效應(yīng) 第2節(jié) 康普頓效應(yīng)教學(xué)案 魯科版選修3-5

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1、第1節(jié)　光電效應(yīng) 第2節(jié)　康普頓效應(yīng) 　1.知道什么是光電效應(yīng)及其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．(重點(diǎn))　2.理解光子說，掌握愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并能利用它解決光電效應(yīng)的有關(guān)問題．(重點(diǎn)＋難點(diǎn))　3.知道什么是康普頓效應(yīng)及X射線實(shí)驗(yàn)原理．(重點(diǎn)) 4．理解光的波粒二象性，了解光是一種概率波．(重點(diǎn)＋難點(diǎn)) [學(xué)生用書P65] 一、光電效應(yīng)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)規(guī)律 (1)光電效應(yīng)現(xiàn)象：在光的照射下電子從物體表面逸出的現(xiàn)象． (2)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 ①存在極限波頻率，每一種金屬對(duì)應(yīng)一種光的最小頻率，稱極限頻率．只有當(dāng)光的頻率大于或等于這個(gè)最小頻率時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)． ②產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)，光的強(qiáng)度越大，單位

2、時(shí)間內(nèi)逸出的電子數(shù)越多． ③從光照射到金屬表面至產(chǎn)生光電效應(yīng)的時(shí)間間隔很短，通?？稍?10－9__s內(nèi)發(fā)生光電效應(yīng)． 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 (1)光子說：光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的，而且光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，這些能量子被稱為光子，頻率為ν的光的能量子為E＝hν． (2)光電效應(yīng)方程 ①表達(dá)式：hν＝W＋mv2． ②物理意義：金屬中電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν，這些能量一部分用于克服金屬的束縛，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的動(dòng)能． 光電效應(yīng)的應(yīng)用 (1)光電開關(guān)：應(yīng)用光電管可以控制電路的接通或斷開． (2)光電成像，利用光電效應(yīng)將光信號(hào)―→電信號(hào)―

3、→光信號(hào)． (3)光電池等． 1．(1)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)．(　　) (2)金屬表面是否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)．(　　) (3)入射光照射到金屬表面上時(shí)，光電子幾乎是瞬時(shí)發(fā)射的．(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)√ 二、康普頓效應(yīng) 光的散射：光在介質(zhì)中與物體微粒的相互作用，使光的傳播方向發(fā)生改變的光現(xiàn)象． 康普頓效應(yīng)：在光的散射中，除了有入射波長(zhǎng)較短的成分外，還有波長(zhǎng)較長(zhǎng)的成分，波長(zhǎng)的改變與散射角有關(guān)． 康普頓效應(yīng)的意義：康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外，還具有動(dòng)量，深入揭示了光的粒子性的一面． 康普頓效應(yīng)說明了什么？為什

4、么說康普頓效應(yīng)反映了光子具有動(dòng)量？ 提示：康普頓效應(yīng)說明了光的粒子性．解釋光子波長(zhǎng)變化的問題時(shí)運(yùn)用了能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律，理論與實(shí)驗(yàn)符合很好． 三、光的波粒二象性 光的本性：光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性． 光是一種概率波． 當(dāng)光的波長(zhǎng)較長(zhǎng)或光在傳播過程中時(shí)，波動(dòng)性明顯；當(dāng)光的波長(zhǎng)較短或光子與粒子相互作用時(shí)，粒子性明顯． 2．(1)光的干涉、洐射、偏振現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性．(　　) (2)光子數(shù)量越大，其粒子性越明顯．(　　) (3)光具有粒子性，但光子又不同于宏觀觀念的粒子．(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)√ 　對(duì)光電效應(yīng)的理解[

5、學(xué)生用書P66] 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：原來不帶電的鋅板被紫外光照射后帶了正電，表明電子在紫外光照射下逸出了鋅板表面． 光電效應(yīng)與波動(dòng)理論的矛盾 (1)能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)弱無關(guān)．波動(dòng)理論認(rèn)為光的強(qiáng)度由光波的振幅決定，與頻率無關(guān)，只要入射光足夠強(qiáng)，就應(yīng)該能發(fā)生光電效應(yīng)．但事實(shí)并非如此． (2)光電子的最大初動(dòng)能，只與光的頻率有關(guān)．波動(dòng)理論認(rèn)為入射光的強(qiáng)度越大，逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大． (3)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性：按照波動(dòng)理論，電子能量的增加應(yīng)該有個(gè)積累過程，大約需要幾分鐘時(shí)間，電子才能逸出金屬表面．而實(shí)驗(yàn)表明：無論入射光怎樣弱，只要能發(fā)生光電效應(yīng)，從光照射到金屬表面至

6、產(chǎn)生光電效應(yīng)的時(shí)間間隔很短，幾乎是瞬時(shí)的． 愛因斯坦光子理論對(duì)光電效應(yīng)的解釋 (1)解釋極限頻率的存在：光照射到金屬板時(shí)，光子將能量傳遞給電子，每個(gè)光子的能量為hν，所以一個(gè)光子傳遞給一個(gè)電子的能量為hν，電子要脫離原子核的引力，有一個(gè)最小能量，最小能量對(duì)應(yīng)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)入射光的最小頻率，即極限頻率．如果小于這一頻率，即使增大光強(qiáng)，也不會(huì)使電子逸出．這是因?yàn)樵龃蠊鈴?qiáng)，只是增加了吸收光子能量的電子數(shù)，單個(gè)電子吸收的光子能量仍為hν，電子仍不能逸出． (2)解釋光電效應(yīng)的瞬時(shí)性：電子吸收光子的能量時(shí)間很短，幾乎是瞬時(shí)的．如果入射光頻率低于極限頻率，即使增加照射時(shí)間，也不能使電子逸出．因?yàn)橐粋€(gè)

7、電子吸收一個(gè)光子后，在極短的時(shí)間內(nèi)就可以把能量傳遞給其他粒子，所以電子不可能通過能量積累逸出金屬表面． (3)解釋最大初動(dòng)能與頻率的關(guān)系：由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝W＋mv2可知，電子從金屬中逸出所需克服束縛而消耗的能量的最小值為逸出功，從金屬表面逸出的電子消耗的能量最少，逸出時(shí)的動(dòng)能值最大，稱為最大初動(dòng)能．就其他逸出的電子而言，離開金屬時(shí)的動(dòng)能小于最大初動(dòng)能．最大初動(dòng)能的大小與光的強(qiáng)度無關(guān)，而與光的頻率有關(guān)． 光電效應(yīng)規(guī)律中的兩個(gè)關(guān)系 (1)由hν＝W＋mv2得 mv2＝hν－W，逸出電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系． (2)產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)，光的強(qiáng)度越大，單位時(shí)間

8、內(nèi)逸出的電子數(shù)越多．即如果形成光電流，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比． 　(1)逸出功的大小由金屬本身決定，與其他因素?zé)o關(guān)． (2)光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是光現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為電現(xiàn)象． 　 在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示．若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的絕對(duì)值為e，則普朗克常量可表示為________，所用材料的逸出功可表示為________． [解析]　根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0及Ekm＝eUc得Uc＝－，故＝k，b＝－，得h＝ek，W0＝－eb. [答案]　ek?。璭b (1)逸出功和截止頻率均由金屬本身決定，與其他因素

9、無關(guān)． (2)光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，但不是正比關(guān)系．　 　1. 如圖所示，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零．合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.6 V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.6 V時(shí)，電流表讀數(shù)為零．由此可知，陰極材料的逸出功為(　　) A．1.9 eV　　　　　　　　 B．0.6 eV C．2.5 eV D．3.1 eV 解析：選A.設(shè)能量為2.5 eV的光子照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為mv2，陰極材料的逸出功為W0，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有mv2＝hν－W0，

10、題圖中光電管上加的是反向電壓，據(jù)題意，當(dāng)反向電壓達(dá)到U＝0.6 V以后，具有最大初動(dòng)能的光電子也不能達(dá)到陽極，因此eU＝mv2，聯(lián)立解得，W0＝hν－eU＝2.5 eV－0.6 eV＝1.9 eV，故選項(xiàng)A正確． 　對(duì)康普頓效應(yīng)的理解[學(xué)生用書P67] 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：X射線管發(fā)出波長(zhǎng)為λ0的X射線，通過小孔投射到散射物石墨上．X射線在石墨上被散射，部分散射光的波長(zhǎng)變長(zhǎng)，波長(zhǎng)改變的多少與散射角有關(guān)． 康普頓效應(yīng)與經(jīng)典物理理論的矛盾 按照經(jīng)典物理理論，入射光引起物質(zhì)內(nèi)部帶電粒子的受迫振動(dòng)，振動(dòng)著的帶電粒子從入射光吸收能量，并向四周輻射，這就是散射光．散射光的頻率應(yīng)該等于粒子受迫振動(dòng)的頻率(即入

11、射光的頻率)．因此散射光的波長(zhǎng)與入射光的波長(zhǎng)應(yīng)該相同，不應(yīng)該出現(xiàn)波長(zhǎng)變長(zhǎng)的散射光． 另外，經(jīng)典物理理論無法解釋波長(zhǎng)改變與散射角的關(guān)系． 光子說對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋 假定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞． (1)光子和電子相碰撞時(shí)，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)． (2)因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量與碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變與散射角有關(guān)． 　康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性．光電效應(yīng)應(yīng)用于電子吸收光子的問題，而康普頓效應(yīng)討論光子與電子碰撞且沒有被電子吸收的問題． 　科學(xué)研究證明，光子有能量也有動(dòng)量，當(dāng)光子與電

12、子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子．假設(shè)光子與電子碰撞前的波長(zhǎng)為λ，碰撞后的波長(zhǎng)為λ′，則碰撞過程中(　　) A．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ＝λ′ B．能量不守恒，動(dòng)量不守恒，且λ＝λ′ C．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ<λ′ D．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ>λ′ [思路點(diǎn)撥] 光子與電子的碰撞遵循動(dòng)量守恒定律與能量守恒定律． [解析]　能量守恒和動(dòng)量守恒是自然界的普遍規(guī)律，適用于宏觀世界也適用于微觀世界．光子與電子碰撞時(shí)遵循這兩個(gè)守恒定律．光子與電子碰撞前光子的能量E＝hν＝h，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，光子的能量E′＝hν′＝h，由E>E′，可知λ<λ′，選項(xiàng)C

13、正確． [答案]　C 　康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量，如圖所示給出了光子與靜止電子碰撞后電子的運(yùn)動(dòng)方向，則碰撞后光子可能沿方向________運(yùn)動(dòng)，并且波長(zhǎng)________(填“不變”“變小”或“變大”)． 解析：因光子與電子碰撞過程動(dòng)量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動(dòng)量的方向與光子碰撞前的方向一致，可見碰撞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(zhǎng)變長(zhǎng)． 答案：1　變大 　正確理解光的波粒二象性[學(xué)生用書P68] 光的粒子性的含義 粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一

14、份”的，光的粒子即光子，不同于宏觀概念的粒子，但也具有動(dòng)量和能量． (1)當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)． (2)少量或個(gè)別光子易顯示出光的粒子性． (3)頻率高，波長(zhǎng)短的光，粒子性特征顯著． 光的波動(dòng)性的含義 光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，它不同于宏觀的波，它是一種概率波，即光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動(dòng)規(guī)律描述 (1)足夠能量的光(大量光子)在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)． (2)頻率低，波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，波動(dòng)性特征顯著． 光的波動(dòng)性，粒子性是統(tǒng)一的 (1)光的粒子性并不否定光的波動(dòng)性，光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，波動(dòng)性、粒子性都是光的本質(zhì)屬性，只是在不同

15、條件下的表現(xiàn)不同． (2)只有從波粒二象性的角度，才能統(tǒng)一說明光的各種行為． 　光子說并不否認(rèn)光的電磁說 (1)按光子說，光子的能量E＝hν，其中ν表示光的頻率，即表示了波的特征． (2)從光子說或電磁說推導(dǎo)光子動(dòng)量以及光速都得到一致的結(jié)論． 　有關(guān)光的波粒二象性的下列說法中，正確的是(　　) A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子與電子是同樣的一種粒子 C．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著 D．大量光子的行為往往顯示出粒子性 [解析]　同一種光在不同條件下，有時(shí)表現(xiàn)出波動(dòng)性，有時(shí)表現(xiàn)出粒子性，A錯(cuò)．電子是實(shí)物粒子，有靜止質(zhì)量；光子無靜止質(zhì)量，以場(chǎng)的形

16、式存在，B錯(cuò)．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)(頻率越低)，其波動(dòng)性越顯著，反之，粒子性越顯著，C對(duì)．大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，D錯(cuò)． [答案]　C 光既有波動(dòng)性又有粒子性，二者是統(tǒng)一的．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越強(qiáng)，波長(zhǎng)越短，粒子性越強(qiáng)．個(gè)別光子易顯示粒子性，大量光子易顯示波動(dòng)性．　 　3.(多選)關(guān)于光的波粒二象性的理解正確的是(　　) A．大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性 B．光在傳播時(shí)是波，而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子 C．高頻光是粒子，低頻光是波 D．波粒二象性是光的根本屬性，有時(shí)它的波動(dòng)性顯著，有時(shí)它的粒子性顯著 解析：選AD.光的波粒二象性指光

17、有時(shí)候表現(xiàn)出的粒子性較明顯，有時(shí)候表現(xiàn)出的波動(dòng)性較明顯，D正確；大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性，A正確；光在傳播時(shí)波動(dòng)性顯著，光與物質(zhì)相互作用時(shí)粒子性顯著，B錯(cuò)誤；頻率高的光粒子性顯著，頻率低的光波動(dòng)性顯著，C錯(cuò)誤． 　與光電效應(yīng)有關(guān)的圖象問題[學(xué)生用書P68] 在理解光電效應(yīng)方程的基礎(chǔ)上，把其數(shù)學(xué)關(guān)系式與數(shù)學(xué)函數(shù)圖象結(jié)合起來，經(jīng)分析、推導(dǎo)得出圖象的斜率及在圖象橫、縱坐標(biāo)軸上的截距所對(duì)應(yīng)的物理量，從而理解它們的物理意義，有效提高自身應(yīng)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力． 1．最大初動(dòng)能與入射光頻率的關(guān)系 該圖象對(duì)應(yīng)的函數(shù)式Ek＝hν－W0，圖象與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)

18、為極限頻率，圖象是平行的是因?yàn)閳D線的斜率就是普朗克常量． 2．光電流與電壓的關(guān)系圖象 從圖象①③可看出同種光照射同種金屬板對(duì)應(yīng)的反向遏止電壓相同．而飽和光電流強(qiáng)度隨入射光強(qiáng)度增大而增大；從圖象①②可知，對(duì)于同種金屬，入射光的頻率越高，反向遏止電壓越大． 3．反向遏止電壓與入射光頻率的關(guān)系 該圖象的對(duì)應(yīng)函數(shù)式為Uc＝，故從圖象可以直接讀出金屬的極限頻率，由極限頻率可算出普朗克常量，由縱軸截距可推算出金屬的逸出功． 　 (多選)在做光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某金屬被光照射發(fā)生了光電效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示，由實(shí)驗(yàn)圖線可求出(　　) A．該

19、金屬的極限頻率和極限波長(zhǎng) B．普朗克常量 C．該金屬的逸出功 D．單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù) [解析]　依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，當(dāng)Ek＝0時(shí)，ν＝ν0，即圖象中橫坐標(biāo)的截距在數(shù)值上等于金屬的極限頻率． 圖線的斜率k＝tan θ＝.可見圖線的斜率在數(shù)值上等于普朗克常量． 根據(jù)圖象，假設(shè)圖線的延長(zhǎng)線與Ek軸的交點(diǎn)為C，其截距大小為W0，有tan θ＝. 而tan θ＝h，所以，W0＝hν0. 即圖象中縱坐標(biāo)軸的截距在數(shù)值上等于金屬的逸出功． [答案]　ABC [隨堂檢測(cè)] [學(xué)生用書P69] 關(guān)于光電效應(yīng)，下列幾種表述正確的是(　　) A．金屬的極限頻率與入

20、射光的頻率成正比 B．光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度無關(guān) C．用不可見光照射金屬一定比用可見光照射同種金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能要大 D．對(duì)于任何一種金屬都存在一個(gè)“最大波長(zhǎng)”，入射光的波長(zhǎng)必須小于這個(gè)波長(zhǎng)，才能產(chǎn)生光電效應(yīng) 解析：選D.金屬的極限頻率由該金屬?zèng)Q定，與入射光的頻率無關(guān)，光電流的大小隨入射光強(qiáng)度增大而增大，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；不可見光包括能量比可見光大的紫外線、X射線、γ射線，也包括能量比可見光小的紅外線、無線電波，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；任何一種金屬都存在一個(gè)“最大波長(zhǎng)”，入射光波長(zhǎng)小于這個(gè)波長(zhǎng)，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，故正確選項(xiàng)為D. 對(duì)光的認(rèn)識(shí)，以下說法正確的是(　　) A．光波和聲波

21、的本質(zhì)相同，都具有波粒二象性 B．光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，兩種性質(zhì)是不相容的 C．光表現(xiàn)出波動(dòng)性時(shí)，就不具有粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時(shí)，就不具有波動(dòng)性了 D．光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯 解析：選D.光波是電磁波，具有波粒二象性，聲波是機(jī)械波，是振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播，二者本質(zhì)不同，A錯(cuò)；光的干涉、衍射現(xiàn)象，這屬于波的特征，微粒說無法解釋．光電效應(yīng)現(xiàn)象用波動(dòng)說無法解釋，而用光子說可以完美地進(jìn)行解釋，證實(shí)光具有粒子性．因此，光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，B錯(cuò)；光的波動(dòng)性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性，只是表現(xiàn)

22、明顯與否，不容易觀察并不說明不具有，C錯(cuò)；波動(dòng)性和粒子性是光在不同情況下的不同表現(xiàn)，是同一客體的兩個(gè)不同側(cè)面、不同屬性，我們無法只用其中一種去說明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性，D對(duì)． 用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子最大初動(dòng)能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek－ν圖象．已知鎢的逸出功是3.28 eV，鋅的逸出功是3.24 eV，若將二者的圖線畫在一個(gè)Ek－ν坐標(biāo)圖中，用實(shí)線表示鎢，用虛線表示鋅，則正確反映這一過程的圖是(　　) 解析：選B.依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，Ek－ν圖線的斜率代表了普朗克常量h，因此鎢和鋅的Ek－ν圖線應(yīng)該平行．

23、圖線的橫軸截距代表了截止頻率νc，而νc＝，因此鎢的νc大些．綜上所述，B圖正確． 以往我們認(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出．強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示．用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng)，換用同樣頻率ν的強(qiáng)激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時(shí)，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負(fù)極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場(chǎng)．逐漸增大U，光電流

24、會(huì)逐漸減??；當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí)，所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量)(　　) A．U＝－　　　　　　　 B．U＝－ C．U＝2hν－W D．U＝－ 解析：選B.以從陰極K逸出的且具有最大初動(dòng)能的光電子為研究對(duì)象，由動(dòng)能定理得：－Ue＝0－mv ① 由光電效應(yīng)方程得：nhν＝mv＋W(n＝2，3，4…) ② 由①②式解得：U＝－(n＝2，3，4…) 故選項(xiàng)B正確． 已知金屬銫的極限波長(zhǎng)為0.66 μm，用0.50 μm的光照射銫金屬表面發(fā)射光電子的最大初動(dòng)能為多少？銫金屬的逸出功為多少？ 解析：銫的逸出功為W＝hν0＝h 將c＝

25、3×108 m/s， h＝6.63×10－34 J·s， λ0＝0.66×10－6m，代入上式可得 W＝3×10－19 J 根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，當(dāng)用波長(zhǎng)為λ＝0.50 μm的光照射金屬銫時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能 Ek＝hν－W＝h－W ＝6.63×10－34× J－3×10－19 J ＝9.8×10－20 J. 答案：9.8×10－20 J　3×10－19 J [課時(shí)作業(yè)] [學(xué)生用書P107(獨(dú)立成冊(cè))] 一、單項(xiàng)選擇題 關(guān)于光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)，下列敘述正確的是(　　) A．光電效應(yīng)否定了光的波動(dòng)性，而康普頓效應(yīng)肯定了光的波動(dòng)性 B．光電效應(yīng)肯定了光的波動(dòng)性，而康

26、普頓效應(yīng)否定了光的波動(dòng)性 C．光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)都說明了光具有粒子性 D．以上均不正確 解析：選C.光既有波動(dòng)性，又有粒子性，而光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)都說明了光具有粒子性，故選項(xiàng)C正確． 在驗(yàn)證光的波粒二象性的實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是(　　) A．使光子一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，如時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上將會(huì)顯示衍射圖樣 B．單個(gè)光子通過狹縫后，底片上會(huì)出現(xiàn)完整的衍射圖樣 C．光子通過狹縫的運(yùn)動(dòng)路線像水波一樣 D．光的波動(dòng)性是少數(shù)光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 解析：選A.光子通過狹縫后仍沿直線傳播，大量光子體現(xiàn)出的是波動(dòng)性，少數(shù)光子體現(xiàn)出的是粒子性，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤． 對(duì)愛因斯坦光電效應(yīng)方程

27、Ek＝hν－W，下面的理解正確的是(　　) A．只要是用同種頻率的光照射同一種金屬，那么從金屬中逸出的所有光電子都會(huì)具有同樣的初動(dòng)能Ek B．式中的W表示每個(gè)光子從金屬中飛出過程中克服金屬中正電荷引力所做的功 C．逸出功W和極限頻率ν0之間應(yīng)滿足關(guān)系式W＝hν0 D．光電子的最大初動(dòng)能和入射光的頻率成正比 解析：選C.Ek是光電子的最大初動(dòng)能，并不是所有光電子的初動(dòng)能；光電子從金屬中飛出需克服金屬表面層內(nèi)的一種阻力做功，并不是正電荷的引力． 4．某種單色光的頻率為ν，用它照射某種金屬時(shí)，在逸出的光電子中動(dòng)能最大值為Ek，則這種金屬的逸出功和極限頻率分別是(　　) A．hν－Ek，

28、ν－ B．Ek－h(huán)ν，ν＋ C．hν＋Ek，ν－ D．Ek＋hν，ν＋ 解析：選A.根據(jù)光電效應(yīng)方程得，W＝hν－Ek.根據(jù)W＝hν0知極限頻率ν0＝＝ν－. 5．光子有能量，也有動(dòng)量，動(dòng)量p＝，它也遵守有關(guān)動(dòng)量的規(guī)律．如圖所示，真空中，有“∞”形裝置可繞通過橫桿中點(diǎn)的豎直軸OO′在水平面內(nèi)靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)，其中左邊是圓形黑紙片(吸收光子)，右邊是和左邊大小、質(zhì)量相同的圓形白紙片(反射光子)．當(dāng)用平行白光垂直照射這兩個(gè)圓面時(shí)，關(guān)于裝置開始時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況(俯視)，下列說法中正確的是(　　) A．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng) B．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng) C．都有可能 D．不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng) 解析：選B.根據(jù)動(dòng)量定

29、理Ft＝mvt－mv0，由光子的動(dòng)量變化可知黑紙片和光子之間的作用力小于白紙片和光子之間的作用力，所以裝置開始時(shí)逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，B選項(xiàng)正確． 6．在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示，則可判斷出正確的是 (　　) A．甲光的頻率大于乙光的頻率 B．乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng) C．乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率 D．甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能 解析：選B.當(dāng)光電管兩端加上反向截止電壓光電流為零時(shí)，則由動(dòng)能定理得mv2－0＝eUc，對(duì)同一光電管逸出功W0相同，使用不同頻

30、率的光照射，有hν－W0＝mv2，兩式聯(lián)立可得，hν－W0＝eUc.丙光的反向截止電壓最大，則丙光的頻率最大，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；又λ＝可知，λ丙<λ乙，選項(xiàng)B正確；又hν－W0＝mv2－0＝eUc可知，丙光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能最大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 二、多項(xiàng)選擇題 7．波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有(　　) A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性 B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動(dòng)性 C．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動(dòng)性解釋 D．動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長(zhǎng)也相等 解析：選AB.光電效應(yīng)現(xiàn)象、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律都可以用光的粒子性解釋，選項(xiàng)A正確

31、，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動(dòng)性，選項(xiàng)B正確；由德布羅意波長(zhǎng)公式λ＝和p2＝2mEk知?jiǎng)幽芟嗟鹊馁|(zhì)子和電子動(dòng)量不同，德布羅意波長(zhǎng)不相等，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 8．如圖所示為一真空光電管的應(yīng)用電路，其陰極金屬材料的極限頻率為4.5×1014 Hz，則以下判斷正確的是(　　) A．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流的飽和值取決于入射光的頻率 B．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流的飽和值取決于入射光的強(qiáng)度 C．用λ＝0.5 μm的光照射光電管時(shí)，電路中有光電流產(chǎn)生 D．光照射時(shí)間越長(zhǎng)，電路中的光電流越大 解析：選BC.在光電管中若發(fā)生了光電效應(yīng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射光電子的數(shù)目

32、只與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，光電流的飽和值只與單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射光電子的數(shù)目有關(guān)．據(jù)此可判斷B正確，A、D錯(cuò)誤；波長(zhǎng)λ＝0.5 μm的光子的頻率ν＝＝ Hz＝6×1014 Hz>4.5×1014 Hz，可發(fā)生光電效應(yīng)．所以選項(xiàng)C正確． 9．美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長(zhǎng)λ0相同的成分外，還有波長(zhǎng)大于λ0的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)．關(guān)于康普頓效應(yīng)，以下說法正確的是(　　) A．康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性 B．康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有粒子性 C．當(dāng)光子與晶體中的電子碰撞后，其能量增加 D．當(dāng)光子與晶體中的電子碰撞后，其能量減少 解析：選

33、BD.康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；光子與晶體中的電子碰撞時(shí)滿足動(dòng)量守恒和能量守恒，故二者碰撞后，光子要把部分能量轉(zhuǎn)移給電子，光子的能量會(huì)減少，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確． 如圖所示是某金屬在光的照射下，光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象，由圖象可知(　　) A．該金屬的逸出功等于E B．該金屬的逸出功等于hν0 C．入射光的頻率為ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E D．入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為2E 解析：選AB.題中圖象反映了光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知，當(dāng)入射光的頻率恰

34、為該金屬的截止頻率ν0時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能Ek＝0，此時(shí)有hν0＝W0，即該金屬的逸出功等于hν0，選項(xiàng)B正確；根據(jù)圖線的物理意義，有W0＝E，故選項(xiàng)A正確，而選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤． 三、非選擇題 A、B兩種光子的能量之比為2∶1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能分別為EA、EB.求A、B兩種光子的動(dòng)量之比和該金屬的逸出功． 解析：光子能量ε＝hν，動(dòng)量p＝，且ν＝ 得p＝，則pA∶pB＝2∶1 A照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能EA＝εA－W0. 同理，EB＝εB－W0 解得W0＝EA－2EB. 答案：2∶1　EA－2EB 12．如圖所示，陰極K用極限波長(zhǎng)λ

35、0＝0.66 μm的金屬銫制成，用波長(zhǎng)λ＝0.50 μm的綠光照射陰極K，調(diào)整兩個(gè)極板電壓．當(dāng)A板電勢(shì)比陰極電勢(shì)高出2.5 V時(shí)，光電流達(dá)到飽和，電流表示數(shù)為0.64 μA.求： (1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能． (2)如果把照射陰極的綠光光強(qiáng)增大為原來的2倍，求每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極的最大初動(dòng)能． 解析：(1)光電流達(dá)到飽和時(shí)， 陰極發(fā)射的光電子全部到達(dá)陽極A，陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個(gè)數(shù)n＝＝＝4.0×1012(個(gè))． 根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，光電子的最大初動(dòng)能為： Ek＝hν－W0＝h－h(huán)＝6.63×10－34×3×108× J＝9.6×10－20 J. (2)如果照射光的頻率不變，光強(qiáng)加倍，根據(jù)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律知陰極每秒鐘發(fā)射的光電子數(shù) n′＝2n＝8.0×1012 個(gè)． 光電子的最大初動(dòng)能仍然是Ek≈9.6×10－20 J. 答案：(1)4.0×1012 個(gè)　9.6×10－20 J (2)8.0×1012 個(gè)　9.6×10－12 J 15