新教材人教版选择性必修第三册 第四章 2.光电效应 课件(45张)

（3）光子的能量
hν
光子的动量
(4)光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有______二象性。
波粒
（5）大量光子波动性明显，个别或少量光子粒子性明显。
（6）光在传播过程中往往显示波动性，
在与物质相互作用时往往显示粒子性。
（7）频率越低的光(波长越长)波动性越明显，频率越高的光粒子性越明显
1. (多选)对光的认识，下列说法正确的是(
) ABD
A.少量光子的行为易表现出粒子性，大量光子的行为易表现出波动性
B.光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的
C.光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不具
有波动性了
D.光的波粒二象性可以理解为在某些场合下光的波动性表现明显，在某
些场合下，光的粒子性表现明显
光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线。下列说法
正确的是(
)
A.a、b、c三种光的频率各不相同
B.b、c两种光的光强可能相同
C.若b光为绿光，a光可能是紫光
D.图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动，
电流表的读数可能增大
D
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2所示。则
③电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能
量的时间，光电流瞬时发生的。
斜率为？
(4)对于同种颜色（ν相同）的光，光较强时，包含
的光子数目较多(一个光子打出一个光电子)，照射
金属时产生的光电子也多，因而饱和光电流较大。
怎么证明它是正确的呢？
密立根以实验数据的方式
证明了光电效应方程的正确性

验
性 的
波
粒
二
象
1909
牛
动
顿
微
1690 粒 1801 1814
1864
1916
1888
1672 说
1905 1922
占
性粒
爱
赫兹
主
子 微
光
发现
因 密立
牛 导
子
光电
根光
粒
斯
地
顿
效应
电效
说
说
坦 应实
位
波动说渐成真理
验
爱
因
斯
坦
光
康普
顿效
应
T /年
新课教学
8、光的波粒二象性
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
板带负电，验电器指针张开。用紫外
线灯照射锌板，观察验电器指针的变
化。
这个现象说明了什么问题？
新课导入
海因里希·赫兹
德国物理学者海因里
希·赫兹做实验观察到光
电效应、电磁波的发射与
接收。
1887年
莱纳德
爱因斯坦
史托勒托夫完成了很多关
于光电效应的实验与分析
莱纳德又发布了几个关于
光电效应的重要实验结果
1888至1904年间
爱因斯坦质能方程：
E mc 2
光子能量：
E ( ) h
h
m 2
c
式中h为普朗克常量,为光波的波长.
h
h h
p mc 2 c

c
c
新课教学
7、康普顿效应
若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能
量传给电子，散射光子的能量减少，于是散

1. 关于光的波粒二象性，下列说法错误的是( C ) A. 光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著 B. 光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著 C. 频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性 D. 个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性 [解析] 光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越 短，粒子性越强，反之波动性明显，个别光子易显示粒子性，大量光子易显 示波动性。
B
D 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
探究点二 光电效应方程的理解和应用
（1） 光电子的最大初动能是多少？遏止电压为多少？光电管阴极的逸出功 又是多少？
第四章 原子结构和波粒二象性
第2节 光电效应
课标要求
素养要求
课 1.通过实验，了解光电效 1.物理观念:知道光电效应康普顿效应、
标 应现象及其实验规律，以 光子的概念以及光电效应的规律，能解
解 及光电效应与电磁理论的 释相关现象，树立粒子性观念。
读 矛盾。
2.科学思维:掌握光电效应的实验规律并
2.知道爱因斯坦光电效应 能应用爱因斯坦光电效应方程解释相关
（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。
AB
AD
探究点三 康普顿效应
康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量。如 图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向。 （1） 则碰后光子可能沿图中1、2、3中哪个方向运动。 [答案] 提示 因光子与电子在碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和 电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致，可知碰后光子运动的方向 可能沿1方向，不可能沿2或3方向。

变小，A不符合题意；
B．从n＝4能级到n＝3能级放出的光子能量最小，波长最长，B不符
合题意；
C．由n=4向n=1能级跃迁时辐射的光子能量最大为13.60.85eV=12.75eV，所以金属的逸出功不超过12.75 eV，C符合题意；
D．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，D不
符合题意。
显然这三条与光电效应的实验规律相矛盾．
二、光电效应经典解释中的疑难
1．逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值，用W0表
示．不同种类的金属，其逸出功的大小不相同(填“相同”或“不相
同”)．
2．光电效应经典解释
(1)不应存在截止频率．
(2)遏止电压Uc应该与光的强弱有关．
(3)电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远大于实验中产生光
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种力做功，
电子脱离某种金属所需做功的最小值叫作这种金属的逸出功．不同金
属的逸出功不同．
三、爱因斯坦的光电效应理论
1．光子：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，其中h为普朗克常量．这些能量子后来称为光子．
②若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hν－
0
0
W0>0，亦即hν>W0，ν> ＝ν而νc＝ 恰好是光电效应的截止频
ℎ
ℎ
率．
例题
1.（2021高二下·东莞
月考）氢原子的能级如
图所示。氢原子从n＝4
能级向低能级跃迁所放
出的光子，能使某金属
产生光电效应，下列判

√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
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C、D 正确，A、B错误。
饱和电流越大
× (4)、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 4
三、爱因斯坦的光电效应理论
1、光由一个个不可分割的能量子(光子)组成，频率为ν的光子能量为ε=hν。 即光是一束以光速C运动着的粒子流，每一个粒子(光子)所带能量=h，不
同的频率的光子具有不同的能量。
2、光电效应方程 hν=Ek-W0 ( Ek=hν-W0 )
解析：由题图可知，两图线遏止电压相同，据光电效应方程 eUc＝12 mv2m ，
1 2
mv2m
＝hν－W0 可知，a 光的频率等于 b 光的频率，A 错误，B 正确；
入射光越强，饱和光电流越大，a图线对应的饱和光电流较大，可知a光
的强度大于b光的强度，C、D错误。
3 (多选)(2021·河北保定市高二期中)用波长为 λ 和 3λ 的光照射同一种金
因为红外线的频率小于紫外线的频率，用红外线照射，不一定产生光电 效应，C错误；
当照射光的频率大于金属板的极限频率时，可以产生光电效应。已知紫 外线照射光源产生光电效应，则紫外线的频率大于金属板的极限频率。 同时紫外线的频率大于紫光的频率，无法比较紫光频率和金属板极限频 率的关系，紫光照射锌板，可能会发生光电效应，D正确。

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。
(物理观念)
学习 2.知道爱因斯坦光电效应方程及应用。(科学思维)
目标 3.了解康普顿效应及其意义,了解光子的动量。(物理观念)
4.理解光的波粒二象性及其对立统一的关系,会用光的波粒二象性
分析有关现象。(物理观念)
目录索引
基础落实·必备知识全过关
(1)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。( × )
提示金属表面是否发生光电效应,取决于光的频率,与光的强弱无关。
(2)在发生光电效应的条件下,同种频率的入射光强度越大,饱和光电流越
大。( √ )
(3)不同金属的逸出功不同,因此金属对应的截止频率也不同。( √ )
(4)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
成分,这个现象称为康普顿效应。
λ0的
3.康普顿效应的解释
(1)光子模型:光子不仅具有能量,而且具有动量p=
ℎ

。
(2)解释: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,光子的动量可能会变小。由p=
ℎ

可知波长λ变大,因此,这些光
子散射后波长变大。
4.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
重难探究·能力素养全提升
学以致用·随堂检测全达标
基础落实·必备知识全过关
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
象。
电子 从表面逸出的现
本质还是电子
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
发生光电效应是有条件的
(1)截止频率:当入射光的频率 减小

单色光照射阴极,测量到的遏止电压分别为U1和U2,设电子质量为m,电荷量
为e,则下列关系式不正确的是(
)
21
A.频率为 ν1 的单色光照射阴极 K 时光电子的最大初速度 vm1=
2 1 -1 2
B.阴极 K 金属的截止频率 ν0=
2 -1
(2 -1 )
C.普朗克常量 h=
出功为hν0,故D正确。
规律总结光电效应现象中的四类图像
图像名称
图线形状
由图线直接(间接)得到的物理量
①截止频率νc:图线与ν轴交点的横
坐标
最大初动能Ek与
入射光频率ν的关
②逸出功W0:图线与Ek轴交点的纵
系图线
坐标的绝对值,即W0=|-E|=E
③普朗克常量h:图线的斜率,即h=k
①遏止电压Uc:图线与横轴的交点
第四章
专题练习(五) 光电效应方程、图像及其应用
例1 某同学采用如图所示的装置来研究光电效应现象。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
反向电压,通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压,直到电流计中电流恰
为零,此时电压表显示的电压值U称为遏止电压。现分别用频率为ν1和ν2的
和电流与光的强度有关,不能说明遏止电压和光的强度有关,故B错误;根据
1
1
ℎ ℎc
ℎ
Ek=hν-W0=eUc,解得 Uc= −
,斜率 k= =
,则 h=
,故 C 正确;


1 -c
1 -c
根据光电效应方程Ek=hν-W0,当ν=0时,Ek=-W0,由图像知纵轴截距为-E,所
以W0=E,即该金属的逸出功为E;图线与ν轴交点的横坐标是ν0,该金属的逸

实验的结果是，两种方法得出的普朗克常量h在0.5% 的误差范围内 是一致的。这为爱因斯坦的光电效应理论提供了直接的实验证据。
爱因斯坦由于提出了光电效应理论而获得1921年的诺贝尔物理学奖
四、康普顿效应和光子动量 1.康普顿效应
X射线
λ0
石墨
=λ0 >λ0
发现在散射的X射线中，除了与人射波长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.经典理论的解释康普顿效应
散
射
X射线
λ0
受迫振动
波
石墨 振动频率=入射光频率 =散射光频率
>λ0 反 射 波
这跟经典电磁理论是相违背的。因此，康普顿效应无法用
经典物理学解释。
3.光子模型解释康普顿效应
康普顿
光子不仅具有能量，而且具有动量，光子 的动量p与光的波长λ和普朗克常量h有关：
p h
波长变长的解释：P↓ ——λ↑
按照爱因斯坦的理论（图4.2-3），当光子照到金属上时，它的能量 可以被金属中的某个电子全部吸收，金属中的电子吸收一个光子获得的 能量是 hv，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金 属，剩下的是逸出后电子的初动能，即
h =Ek W0
或Ek h W0
上式称为爱因斯坦光电效应方程，式中Ek 为光电子的最大初动能
金属表面层内存在一种力，阻碍了电子的逃逸。电子要从金属中挣脱出来，必 须获得一些能量，以克服这种阻碍。
(1)逸出功：要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小值叫作这种金 属的逸出功，用W0表示。 (2)几种金属的截止频率和逸出功(如下表所示)。
金属
钨
钙
钠
钾

经典理论与实验事实又一次出现了矛盾
康普顿的解释
他的基本思想是：X射线的光子不仅具有能量，也像其他粒子那样具有 动量，X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要避守能量守恒定律和动量 守恒定律，求解这些方程，可以得出散射光波长的变化值△入。理论 结果与实验符合得很好。
①在散射中能量和动量守恒 ②光子除了具有能量之外还具有动量。
③证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成 立的。
爱因斯坦质能方程：E mc 2
光子能量：
E( ) h
光子动量： p h
m
h
c2
p mc
h
c2
c
h
c
h
你是否已经注意到，光
子的能量表达式£＝hv 与动量表达式P＝h/入
具有高度对称性。
p h
二、光的波粒二象性
➢ 在麦克斯韦的电磁理论建立之后，人们认识到光是一种电磁波，从而 光的波动说被普遍接受，人们不再认为光是由粒子组成的。
➢ 光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量。和其他物质相互 作用时，粒子性起主要作用。
光的波动性与粒子性的统一象性
随堂检测
1. 康普顿效应证实了光子不仅具有能量,也有动量。如图给出了光子与静 止电子碰撞后,电子的运动方向,则碰后光子( C ) A.可能沿1方向,且波长变短 B.可能沿2方向,且波长变短 C.可能沿1方向,且波长变长 D.可能沿3方向,且波长变长
4.2.3 光电效应
情境引入
白天的天空各处都是亮的；航天员在大气外飞行时，尽管太阳的 光线耀眼刺目，其他地方的天空却是黑的，甚至可以看见星星。 这是为什么？
新知探究
一、康普顿效应和光子的动量
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。

知识梳理
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 截止频率：当入射光的频率低于截止频率时 不 (填“能”或“不”) 发生光电效应. (2)存在饱和 电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大. (3)存在 遏止 电压：使光电流减小到 0 的反向电压Uc，且满足__12_m_e_v_c_2_＝eUc. (4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的.
例2 (2020·北京北师大二附中高二月考)用如图3所示的装置研究光电
效应现象，当用某种频率的光照射到光电管上时，电流表 的读数为I.则
√A.将开关S断开，也会有电流流过电流表
B.将变阻器的触点c向a移动，光电子到达阳极时的速度必
将变小
C.如果减小入射光的光强，光电管中可能不会有光电子产生
D.如果将电池极性反转，光电管中可能不会有光电子产生
3.光电效应与经典电磁理论的矛盾 按光的电磁理论，应有： (1)不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电效应. (2)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关. (3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于10－9 s. 显然这三条与光电效应的实验规律相矛盾.
例1 在演示光电效应实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相
答案 说明发生了光电效应现象.
图1
(2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，会观察到什 么现象？说明了什么？ 答案 电压表、电流表的示数均增大，当电流增大到一定值后，滑动变 阻器的滑片再向右移动，电流也不再增大.说明存在饱和电流.
(3)若将电源的正负极对调，闭合开关，滑动变阻器的滑片向右移动时， 又会观察到什么现象？说明了什么？ 答案 电压表示数增大，电流表示数减小，最后电流表的示数可能减小 到0.说明存在遏止电压.