高中物理第2章波和粒子2.2涅盘凤凰再飞翔学案沪科版选修35

2.2 涅槃凤凰再飞翔

[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．

一、光电效应及其实验规律

[导学探究]

1．探究光电效应产生的条件

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)验电器箔片张开锌板带电了．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)箔片张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)观察不到箔片张开可见光不能使锌板发生光电效应

2．研究光电效应的规律

如图2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2

(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，当发生光电效应时，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．

[知识梳理]

1．光电效应

在光的照射下物体发射电子的现象叫做光电效应．发射出来的电子叫光电子．

2．光电效应的实验规律

(1)对于各种金属都存在着一个极限频率，当入射光的频率高于这个极限频率时，才能产生光电效应；

(2)光电子的最大动能随着入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关；

(3)保持入射光频率不变，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)入射光射到金属表面时，光电子的产生几乎是瞬时的，不超过1×10－9s.

[即学即用] 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．( ×)

二、爱因斯坦的光子说

[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2.75eV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1.7V时，电流表示数为0.

图3

(1)光电子的最大动能是多少？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，光电子最大动能如何变化？遏止电压呢？

答案(1)1.7eV 1.7V

(2)W＝hν－E km＝2.75eV－1.7eV＝1.05eV

(3)变大(4)变大变大

[知识梳理]

1．光子说：光在空间传播时是不连续的，而是一份一份的，一份叫做一个光量子，简称光子．光子的能量E＝hν.

2．逸出功

使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W表示，不同金属的逸出功不同．

3．最大动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值．

4．遏止电压与极限频率

(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压．

(2)极限频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的极限频率．不同的金属对应着不同的极限频率．

5．光电效应方程

(1)表达式：hν＝E km＋W或E km＝hν－W.

(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W，剩下的表现为逸出后电子的最大动能．