2019-2020年高中物理 第5章 波與粒子 5.1 光電效應(yīng) 5.2 康普頓效應(yīng)教案 魯科版選修3-5.doc

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2019-2020年高中物理 第5章 波與粒子 5.1 光電效應(yīng) 5.2 康普頓效應(yīng)教案 魯科版選修3-5 ●課標(biāo)要求 知識(shí)與技能 1.了解光電效應(yīng)及其實(shí)驗(yàn)規(guī)律． 2.知道愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程及其意義． 3.了解光電管的應(yīng)用． 4.了解康普頓效應(yīng)及其意義． 過(guò)程與方法 1.了解物理真知形成的歷史過(guò)程． 2.了解物理學(xué)研究的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)事實(shí)以及實(shí)驗(yàn)對(duì)于物理研究的重要性． 3.知道某一物質(zhì)在不同環(huán)境下所表現(xiàn)的不同規(guī)律特性． 情感態(tài)度與價(jià)值觀 領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，樂(lè)于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅. ●課標(biāo)解讀 1．知道什么是光電效應(yīng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)現(xiàn)象，知道光電效應(yīng)的瞬時(shí)性和極限頻率的概念及其與電磁理論的矛盾． 2．理解愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)及光電方程，并用來(lái)解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象． 3．了解康普頓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，了解光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋． 4．認(rèn)識(shí)光的波粒二象性，了解玻恩的概率波對(duì)光的波粒二象性的解釋，了解光在哪些情況下會(huì)表現(xiàn)出粒子性或波動(dòng)性． 5．了解人類探索光本質(zhì)所經(jīng)歷的漫長(zhǎng)而曲折的歷程，認(rèn)識(shí)科學(xué)的探索，是一個(gè)不斷深入的、永無(wú)止境的過(guò)程． ●教學(xué)地位 本節(jié)教學(xué)應(yīng)注意講授和討論相結(jié)合，宜從經(jīng)典物理的局限性開(kāi)始，引出普朗克量子假說(shuō)，為后面學(xué)習(xí)愛(ài)因斯坦光子理論做好鋪墊，使得教學(xué)有清晰的思路和邏輯脈絡(luò)． 做好演示實(shí)驗(yàn)是教好光電效應(yīng)的前提，為改善實(shí)驗(yàn)的演示效果，也可以先使驗(yàn)電器帶上負(fù)電，使指針張開(kāi)某一角度，光照鋅板后，指針張角變?。畬?duì)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行理論解釋是教學(xué)的難點(diǎn)，教學(xué)時(shí)可鼓勵(lì)學(xué)生各抒己見(jiàn)，在爭(zhēng)論中引出矛盾，促進(jìn)學(xué)生積極思考與發(fā)現(xiàn)． 通過(guò)對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋進(jìn)一步認(rèn)識(shí)光的波粒二象性，進(jìn)而認(rèn)識(shí)光的本質(zhì)，教學(xué)中可適當(dāng)介紹有關(guān)人類對(duì)光本質(zhì)的認(rèn)識(shí)過(guò)程，使學(xué)生體會(huì)到科學(xué)探索的道路是曲折的、永無(wú)止境的，讓學(xué)生了解光在什么情況下表現(xiàn)出什么不同的特性，可以舉例子加以說(shuō)明或讓學(xué)生自己嘗試解釋一些實(shí)例，增進(jìn)學(xué)生對(duì)光的波粒二象性和光是一種概率波的理解. ●新課導(dǎo)入建議 問(wèn)題導(dǎo)入 用弧光燈照射連在驗(yàn)電器上的鋅板，驗(yàn)電器的金屬箔會(huì)張開(kāi)一個(gè)角度． 你想知道上述現(xiàn)象的原因嗎？ 圖教5－1－1 ●教學(xué)流程設(shè)計(jì) ??? ? ??? ? ? 課　標(biāo)　解　讀 重　點(diǎn)　難　點(diǎn) 1.知道什么是光電效應(yīng)及其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象． 2.理解光子說(shuō)和愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，能夠利用它解釋光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象． 3.知道什么是康普頓效應(yīng)及X射線實(shí)驗(yàn)原理． 4.理解光的波粒二象性，了解光是一種概率波. 1.光電效應(yīng)的基本規(guī)律、光子說(shuō)的基本思想．(重點(diǎn)) 2.光的波粒二象性及光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)．(重點(diǎn)) 3.對(duì)光電效應(yīng)的理解．(難點(diǎn)) 4.光是一種概率波的建立過(guò)程．(難點(diǎn)) 光電效應(yīng) 1.基本知識(shí) (1)光電效應(yīng)現(xiàn)象：在物理學(xué)中，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發(fā)生的條件：每一種金屬對(duì)應(yīng)一種光的最小頻率，又稱極限頻率．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)．當(dāng)光的頻率小于這個(gè)最小頻率時(shí)，即使增加光的強(qiáng)度或照射時(shí)間，也不能產(chǎn)生光電效應(yīng)． ②與光的強(qiáng)度的關(guān)系：產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)，光的強(qiáng)度越大，單位時(shí)間內(nèi)逸出的電子數(shù)越多． ③發(fā)生光電效應(yīng)所需的時(shí)間：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?0－9_s內(nèi)發(fā)生光電效應(yīng)． (3)光子說(shuō)：看似連續(xù)的光實(shí)際上是由個(gè)數(shù)有限、分立于空間各點(diǎn)的光子組成的，每一個(gè)光子的能量為hν.光在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的． (4)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從金屬表面逸出時(shí)做功，剩下的表現(xiàn)為電子逸出后的最大初動(dòng)能． (5)光電效應(yīng)的應(yīng)用 ①光電開(kāi)關(guān)． ②光電成像． ③光電池． 2．思考判斷 (1)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中光照時(shí)間越長(zhǎng)光電流越大．() (2)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中入射光足夠強(qiáng)就可以有光電流．() (3)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)．(√) 3．探究交流 你對(duì)光電效應(yīng)中的“光”是怎樣認(rèn)識(shí)的？ 【提示】　這里的光，可以是可見(jiàn)光，也可以是紫外線、X光等. 康普頓效應(yīng)及光的波粒二象性 1.基本知識(shí) (1)康普頓效應(yīng) X射線在石墨上散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)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)．這種現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)． (2)康普頓的理論 當(dāng)光子與電子相互作用時(shí)，既遵守能量守恒定律．又遵守動(dòng)量守恒定律，在碰撞中光子將能量hν的一部分傳遞給了電子，光子能量減少，波長(zhǎng)變長(zhǎng)． (3)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． (4)光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng) 當(dāng)波長(zhǎng)較短的X射線或γ射線入射時(shí)，產(chǎn)生康普頓效應(yīng)；當(dāng)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的可見(jiàn)光或紫外光入射時(shí)，主要產(chǎn)生光電效應(yīng)． (5)光的波粒二象性 ①光的本性：光子既有粒子的特征，又有波的特征，即光具有波粒二象性． ②光是一種電磁波． ③當(dāng)光的波長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)，光在傳播過(guò)程中波動(dòng)性明顯；當(dāng)光的波長(zhǎng)較短時(shí)，光子與粒子相互作用時(shí)，粒子性明顯． 2．思考判斷 (1)康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也具有動(dòng)量．(√) (2)康普頓效應(yīng)進(jìn)一步說(shuō)明光具有粒子性．(√) (3)光的波動(dòng)性和粒子性是統(tǒng)一的，光具有波粒二象性．(√) 3．探究交流 太陽(yáng)光從小孔射入室內(nèi)時(shí)，我們從側(cè)面可以看到這束光；白天的天空各處都是亮的；宇航員在太空中，盡管太陽(yáng)光線耀眼刺目，其他方向的天空卻是黑的，為什么？ 【提示】　地球上存在著大氣，太陽(yáng)光經(jīng)大氣中的微粒散射后傳向各個(gè)方向；而在太空的真空環(huán)境下，光不再散射，只向前傳播． 光電效應(yīng)現(xiàn)象及其理解 【問(wèn)題導(dǎo)思】　 1．光子和光電子是一回事嗎？ 2．只要光照足夠強(qiáng)就能有光電子逸出嗎？ 3．光電效應(yīng)現(xiàn)象中能量守恒嗎？ 1．光電效應(yīng)中的三組概念的對(duì)比 概念 內(nèi)容 聯(lián)系 光子與光電子 光子是一份一份的能量hν，不帶電；光電子就是從金屬中打出的電子 光子入射是因，打出電子是果 光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能 光電子的動(dòng)能是指光電子離開(kāi)金屬時(shí)的動(dòng)能，光電子的最大初動(dòng)能是指在光電效應(yīng)中從金屬表面直接向外飛出的電子所具有的動(dòng)能 Ek≤Ekm 光子的能量與入射光的強(qiáng)度 光子的能量E＝hν；入射光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量 E總＝Nhν N—單位時(shí)間照在單位面積上的光子數(shù) 2.對(duì)光電效應(yīng)方程hν＝W＋mv2的理解 (1)公式中的mv2是光電子的最大初動(dòng)能，對(duì)某個(gè)光電子而言，其離開(kāi)金屬時(shí)剩余動(dòng)能大小可以是0～mv2范圍內(nèi)的任何數(shù)值． (2)光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程． 能量為E＝hν的光子被電子所吸收，電子把這些能量的一部分用來(lái)克服金屬表面對(duì)它的吸引，另一部分就是電子離開(kāi)金屬表面時(shí)的動(dòng)能．如果克服吸引力做功最少為W，則電子離開(kāi)金屬表面時(shí)動(dòng)能最大為mv2，根據(jù)能量守恒定律可知： hν＝W＋mv2. (3)光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件． 若發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子的最大初動(dòng)能必須大于零，即Ek＝hν－W＞0，亦即hν＞W(wǎng)，ν＞＝νc，而νc＝恰好是金屬的極限頻率． (4)Ekm－v曲線．如圖5－1－1所示是光電子最大初動(dòng)能Ekm隨入射光頻率ν的變化曲線．這里，橫軸上的截距是極限頻率；縱軸上的截距是逸出功的負(fù)值；斜率為普朗克常量． 圖5－1－1 　(xx福州一中檢測(cè))入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，那么(　　) A．從光照射金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加 B．逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小 C．單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少 D．有可能不發(fā)生光電效應(yīng) 【解析】　根據(jù)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律知，從光照射金屬表面到光電子發(fā)射的時(shí)間間隔極短，這與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)規(guī)律還指出，逸出光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率有關(guān)，光電流與入射光強(qiáng)度成正比，由此可知，B、D錯(cuò)誤，C正確． 【答案】　C 1．極限頻率為ν0的光射照金屬對(duì)應(yīng)逸出電子的最大初動(dòng)能為零，逸出功W＝hν0. 2．逸出功的大小由金屬本身決定，與其他因素?zé)o關(guān)． 3．光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是光現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為電現(xiàn)象． 1．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3.34 eV，若將二者的圖線畫(huà)在同一個(gè)Ek－ν坐標(biāo)系中，如圖所示中用實(shí)線表示鎢、虛線表示鋅，則正確反映這一過(guò)程的是(　　) 【解析】　依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W可知，Ek－ν圖線的斜率代表普朗克常量h，因此鎢和鋅的Ek－ν圖線應(yīng)該平行．圖線的橫截距代表極限頻率ν0，而ν0＝，因此鎢的ν0小些．綜上所述，A圖正確． 【答案】　A 對(duì)康普頓效應(yīng)的理解 【問(wèn)題導(dǎo)思】　 1．X射線照在石墨上會(huì)有什么現(xiàn)象？ 2．光子和電子碰撞后，波長(zhǎng)會(huì)改變嗎？ 3．經(jīng)典理論能解釋康普頓現(xiàn)象嗎？ 1．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(guò)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)． 2．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(wú)法解釋波長(zhǎng)改變與散射角的關(guān)系． 3．光子說(shuō)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(ài)因斯坦光子說(shuō)的正確性．光電效應(yīng)應(yīng)用于電子吸收光子的問(wèn)題，而康普頓效應(yīng)討論光子與電子碰撞且沒(méi)有被電子吸收的問(wèn)題． 　康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也具有動(dòng)量．入射光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(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，如圖5－1－2給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動(dòng)方向，則碰撞過(guò)程中動(dòng)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(yùn)動(dòng)，并且波長(zhǎng)________(選填“不變”、“變小”或“變長(zhǎng)”)． 　　　　　 碰前　　　　　　碰后 圖5－1－2 【審題指導(dǎo)】　(1)看成彈性碰撞把握動(dòng)量、能量守恒． (2)利用光的頻率與波長(zhǎng)的關(guān)系ν＝c/λ計(jì)算． 【解析】　光子與電子碰撞過(guò)程滿足動(dòng)量守恒和能量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動(dòng)量的方向與光子碰前的方向一致，由矢量合成知識(shí)可知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(guò)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】　守恒　守恒　1　變長(zhǎng) 2．科學(xué)研究證明，光子有能量也有動(dòng)量，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．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(guò)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′ 【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正確． 【答案】　C 對(duì)光的波粒二象性的理解 【問(wèn)題導(dǎo)思】　 1．愛(ài)因斯坦光子說(shuō)中的“粒子”和牛頓微粒說(shuō)中的“粒子”一樣嗎？ 2．哪些實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f(shuō)明光具有波動(dòng)性？ 3．哪些實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明光具有粒子性？ 1．光的粒子性的含義 粒子的含義是“不連續(xù)”、“一份一份”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． 2．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(概率)大小可用波動(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． 3．光的波粒二象性 (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(shuō)明光的各種行為． 　(xx西安一中檢測(cè))關(guān)于光的波粒二象性，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．光的頻率越高，衍射現(xiàn)象越容易看到 B．光的頻率越高，粒子性越顯著 C．大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示波動(dòng)性 D．光的波粒二象性否定了光的電磁說(shuō) 【審題指導(dǎo)】　(1)波粒二象性是對(duì)光本質(zhì)的描述． (2)頻率高低影響光的粒子性和波動(dòng)性的表現(xiàn)． (3)大量光子波動(dòng)性顯著，少量光子粒子性顯著． 【解析】　光具有波粒二象性，波粒二象性并不否定光的電磁說(shuō)，只是說(shuō)某些情況下粒子性明顯，某些情況下波動(dòng)性明顯，故D錯(cuò)誤．光的頻率越高，波長(zhǎng)越短，粒子性越明顯，波動(dòng)性越不明顯，越不易看到其衍射現(xiàn)象，故B對(duì)、A錯(cuò)誤．大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，故C對(duì)． 【答案】　BC 1．光的干涉和衍射及偏振說(shuō)明光具有波動(dòng)性，而光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)是光具有粒子性的例證． 2．波動(dòng)性和粒子性都是光的本質(zhì)屬性，只是在不同條件下的表現(xiàn)不同．當(dāng)光與其他物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)；少量或個(gè)別光子易顯示出光的粒子性；頻率高波長(zhǎng)短的光，粒子性顯著．大量光子在傳播時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性；頻率低波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，波動(dòng)性顯著． 3．對(duì)光的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．個(gè)別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性 B．光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的 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：在某些場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯，在某些場(chǎng)合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯 【解析】　本題考查光的波粒二象性．光是一種概率波，少量光子的行為易顯示出粒子性，而大量光子的行為往往顯示出波動(dòng)性，A選項(xiàng)正確；光的波動(dòng)性不是由光子之間的相互作用引起的，而是光的一種屬性，這已被弱光照射雙縫后在膠片上的感光實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，B選項(xiàng)正確；粒子性和波動(dòng)性是光同時(shí)具備的兩種屬性，C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確． 【答案】　ABD 綜合解題方略——光電效應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用 　　 　 圖5－1－3 (xx福建高考)愛(ài)因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，某種金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖5－1－3所示，其中ν0為極限頻率．從圖中可以確定的是________．(填選項(xiàng)前的字母) A．逸出功與ν有關(guān) B．Ekm與入射光強(qiáng)度成正比 C．當(dāng)ν<ν0時(shí)，會(huì)逸出光電子 D．圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān) 【規(guī)范解答】　每種金屬的逸出功是由自身因素決定，A錯(cuò)誤；由光電效應(yīng)方程知Ekm＝hν－W0，Ekm與ν有關(guān)，而與光強(qiáng)無(wú)關(guān)；當(dāng)ν<ν0時(shí)金屬不可能發(fā)生光電效應(yīng)；圖中直線與h有關(guān)，由此知B、C錯(cuò)誤，D正確． 【答案】　D 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)圖像結(jié)合起來(lái)，經(jīng)分析、推導(dǎo)得出圖像的斜率及在圖像橫、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(wèn)題的能力. 【備課資源】(教師用書(shū)獨(dú)具) X射線的發(fā)現(xiàn) 1895年11月8日晚，倫琴陷入了深深的沉思．他以前做過(guò)一次放電實(shí)驗(yàn)，為了確保實(shí)驗(yàn)的精確性，他事先用錫紙和硬紙板把各種實(shí)驗(yàn)器材都包裹得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)，并且用一個(gè)沒(méi)有安裝鋁窗的陰極管讓陰極射線透出．可是現(xiàn)在，他卻驚奇地發(fā)現(xiàn)，對(duì)著陰極射線發(fā)射的一塊涂有氰亞鉑酸鋇的屏幕(這個(gè)屏幕用于另外一個(gè)實(shí)驗(yàn))發(fā)出了光．而放電管旁邊這疊原本嚴(yán)密封閉的底片，現(xiàn)在也變成了灰黑色——這說(shuō)明它們已經(jīng)曝光了！ 這個(gè)一般人很快就會(huì)忽略的現(xiàn)象，卻引起了倫琴的注意，使他產(chǎn)生了濃厚的興趣．他想：底片的變化，恰恰說(shuō)明放電管放出了一種穿透力極強(qiáng)的新射線，它甚至能夠穿透裝底片的袋子．不過(guò)目前還不知道它是什么射線，于是取名“X射線”． 于是，倫琴開(kāi)始了對(duì)這種神秘的X射線的研究． 他先把一個(gè)涂有磷光物質(zhì)的屏幕放在放電管附近，結(jié)果發(fā)現(xiàn)屏幕馬上發(fā)出了亮光．接著，他嘗試著拿一些平時(shí)不透光的較輕物質(zhì)——比如書(shū)本、橡皮板和木板——放到放電管和屏幕之間去擋那束看不見(jiàn)的神秘射線，可是誰(shuí)也不能把它擋住，在屏幕上幾乎看不到任何陰影，它甚至能夠輕而易舉地穿透15毫米厚的鋁板！直到他把一塊厚厚的金屬板放在放電管與屏幕之間，屏幕上才出現(xiàn)了金屬板的陰影——看來(lái)這種射線還是沒(méi)有能力穿透太厚的物質(zhì)．實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，只有鉛板和鉑板才能使屏不發(fā)光，當(dāng)陰極管被接通時(shí)，放在旁邊的照相底片也將被感光，即使用厚厚的黑紙將底片包起來(lái)也無(wú)濟(jì)于事． 接下來(lái)更為神奇的現(xiàn)象發(fā)生了，一天晚上，倫琴很晚也沒(méi)回家，他的妻子來(lái)實(shí)驗(yàn)室看他，于是他的妻子便成了在那不明輻射作用下在照相底片上留下痕跡的第一人．當(dāng)時(shí)倫琴要求他的妻子用手捂住照相底片．當(dāng)顯影后，夫妻倆在底片上看見(jiàn)了手指骨頭和結(jié)婚戒指的影象. 1896年1月5日，在柏林物理學(xué)會(huì)會(huì)議上展出了很多X射線的照片，同一天，維也納《新聞報(bào)》也報(bào)道了發(fā)現(xiàn)X射線的消息．這一偉大的發(fā)現(xiàn)立即引起人們的極大關(guān)注，并很快傳遍全世界．在幾個(gè)月的時(shí)間里，數(shù)百名科學(xué)家為此進(jìn)行調(diào)查研究，一年之中就有上千篇關(guān)于X射線的論文問(wèn)世． 倫琴雖然發(fā)現(xiàn)了X射線，但當(dāng)時(shí)的人們——包括他本人在內(nèi)，都不知道這種射線究竟是什么東西．直到20世紀(jì)初，人們才知道X射線實(shí)質(zhì)上是一種比光波波長(zhǎng)更短的電磁波，它不僅在醫(yī)學(xué)中用途廣泛，成為人類戰(zhàn)勝許多疾病的有力武器，而且還為今后物理學(xué)的重大變革提供了重要的證據(jù)．正因?yàn)檫@些原因，在1901年諾貝爾獎(jiǎng)的頒獎(jiǎng)儀式上，倫琴成為世界上第一個(gè)榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的人，人們?yōu)榱思o(jì)念倫琴，將X(未知數(shù))射線命名為倫琴射線. 1．(xx?？跈z測(cè))在演示光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針張開(kāi)一個(gè)角度，如圖5－1－4所示，這時(shí)(　　) 圖5－1－4 A．鋅板帶正電，指針帶負(fù)電 B．鋅板帶正電，指針帶正電 C 鋅板帶負(fù)電，指針帶正電 D．鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電 【解析】　弧光燈發(fā)出的紫外線照射鋅板，發(fā)生光電效應(yīng)，有電子從鋅板飛出，鋅板由于失去電子而帶正電；驗(yàn)電器與鋅板相連接，指針帶正電．故B項(xiàng)正確． 【答案】　B 2．關(guān)于光的本性，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．光子說(shuō)并沒(méi)有否定光的電磁說(shuō) B．光電效應(yīng)現(xiàn)象反映了光的粒子性 C．光的波粒二象性是綜合了牛頓的微粒說(shuō)和惠更斯的波動(dòng)說(shuō)得出來(lái)的 D．大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動(dòng)性 【解析】　光既有粒子性，又有波動(dòng)性，但這兩種特性并不是牛頓所支持的微粒說(shuō)和惠更斯提出的波動(dòng)說(shuō)，它體現(xiàn)出的規(guī)律不再是宏觀粒子和機(jī)械波所表現(xiàn)出的規(guī)律，而是自身體現(xiàn)的一種微觀世界特有的規(guī)律．光子說(shuō)和電磁說(shuō)各自能解釋光特有的現(xiàn)象，兩者構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體，而微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)是相互對(duì)立的． 【答案】　AB 3．頻率為ν的光子，具有的能量為hν，動(dòng)量為hν/c，將這個(gè)光子打在處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子上，光子將偏離原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向，這種現(xiàn)象稱為光的散射．散射后的光子(　　) A．改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)方向，但頻率保持不變 B．光子將從電子處獲得能量，因而頻率將增大 C．散射后的光子運(yùn)動(dòng)方向?qū)⑴c電子運(yùn)動(dòng)方向在一條直線上，但方向相反 D．由于電子受到碰撞時(shí)會(huì)吸收光子的一部分能量，散射后的光子頻率低于入射光的頻率 【解析】　電子能量增加，光子能量減少，而光速不變，由E＝hν知，光子頻率減小，A、B均錯(cuò)誤，D正確．光子散射后運(yùn)動(dòng)方向不一定與電子運(yùn)動(dòng)方向共線，C錯(cuò)誤． 【答案】　D 4．(xx海南高考)產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)，關(guān)于逸出光電子的最大初動(dòng)能Ek，下列說(shuō)法正確的是________． A．對(duì)于同種金屬，Ek與照射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān) B．對(duì)于同種金屬，Ek與照射光的波長(zhǎng)成反比 C．對(duì)于同種金屬，Ek與照射光的時(shí)間成正比 D．對(duì)于同種金屬，Ek與照射光的頻率成線性關(guān)系 E．對(duì)于不同種金屬，若照射光頻率不變，Ek與金屬的逸出功成線性關(guān)系 【解析】　Ek＝hν－W＝h－W，同種金屬最大初動(dòng)能逸出功相同，最大初動(dòng)能與照射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，與照射光的波長(zhǎng)有關(guān)但不是反比例函數(shù)關(guān)系，最大初動(dòng)能與入射光的頻率成線性關(guān)系，不同種金屬，保持入射光頻率不變，最大初動(dòng)能Ek與逸出功成線性關(guān)系． 【答案】　ADE