高中物理 17_2 光的粒子性學案 新人教版選修3-5

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課時17.?2　光的粒子性 　　1.?知道光電效應，通過實驗了解光電效應實驗規(guī)律。 2.?了解愛因斯坦光子說，并能夠用它來解釋光電效應現(xiàn)象。 3.?知道愛因斯坦光電效應方程及其意義，并能利用它解決一些簡單問題。 4.?了解康普頓效應，了解光子的動量。 　　1.?光電效應 在光(包括不可見光)的照射下物體發(fā)射出①電子的現(xiàn)象叫作光電效應，發(fā)射出來的②電子叫作光電子。 2.?光電效應的實驗規(guī)律 (1)存在飽和電流：在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流趨于一個③飽和值。若光的顏色不變，入射光越強，飽和電流④越大，飽和電流與光強成正比。即入射光越強，單位時間內發(fā)射的光電子數(shù)⑤越多。 (2)存在遏止電壓和截止頻率(或極限頻率) 遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓Uc。遏止電壓的存在意味著光電子具有一定的⑥初速度　　，即me=eUc。 截止頻率：當入射光的頻率減小到某一數(shù)值νc時，不加反向電壓也沒有光電流，這表明已經沒有光電子了，νc稱為截止頻率。入射光的頻率⑦低于截止頻率時不發(fā)生光電效應。 (3)光電子的最大初動能與入射光的強度⑧無關，只隨入射光頻率的增大而⑨增大。 (4)光電效應具有⑩瞬時性，光照在金屬上，產生光電流的時間不超過10-9s。 3.?光電效應方程 (1)光子說：光在空間的傳播是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫作一個光子;光子的能量ε=hν　(ν是光的頻率)。 (2)愛因斯坦的光電效應方程hν=Ek+W0。式中W0叫作逸出功，當初動能為零時，可得截止頻率為　　　　。 4.?康普頓效應 (1)光的散射：光通過介質時，因與物質微粒相互作用，使傳播方向發(fā)生改變，從側面可以看到光的現(xiàn)象叫作光的散射。 (2)康普頓效應：美國物理學家康普頓研究X射線通過物質時的散射現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，在散射的射線中，除了有與入射波長λ0相同的成分外，還有大于λ0的成分，這一現(xiàn)象稱為康普頓效應。 5.?光子的動量 光子既有能量，又有動量，其動量表達式為p=　　。 　　主題1：探究光電效應 　　情景：圖示是教材中的“演示”實驗圖，用紫外線燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導線與不帶電的驗電器相連)，使驗電器張角增大到約為30時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。請閱讀教材相關內容，回答下面的問題。 問題：上述實驗說明了什么，你知道其中的奧秘嗎? 　　主題2：愛因斯坦光電效應方程 　　情景：用經典電磁理論來解釋光電效應，存在很多問題。如：遏止電壓與光的強弱有關，不應存在截止頻率;產生光子的時間可以很長，不必具有瞬時性等。閱讀教材中的相關內容，回答下面的問題。 問題：愛因斯坦是如何解決這些矛盾的?如何用愛因斯坦的光子說解釋光電效應的實驗規(guī)律? 　　主題3：康普頓效應和光子的動量 情景：閱讀教材中“康普頓效應”和“光子的動量”兩部分內容，請思考下面的問題。 問題：什么是康普頓效應?康普頓效應如何解釋?康普頓效應說明了什么? 1.?(考查科學方法)愛因斯坦根據(jù)光電效應的實驗規(guī)律，猜測光具有粒子性，從而提出了光子說。從科學研究的方法來說，這屬于(　　) A.?等效替代　　　　　 B.?科學假說　　　　　C.?控制變量　　　　　D.?數(shù)學歸納 2.?(考查光電效應規(guī)律)在光電效應實驗中，用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應，下列說法正確的是(　　) A.?增大入射光的強度，光電流增大 B.?減小入射光的強度，光電效應現(xiàn)象消失 C.?改用頻率小于ν的光照射，一定不發(fā)生光電效應 D.?改用頻率大于ν的光照射，光電子的最大初動能變大 3.?(考查光電效應方程)關于愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W0，下面理解正確的是(　　) 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具有同樣的初動能Ek B.?式中的W0表示每個光電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W0和截止頻率ν0之間應滿足關系式W0=hν0 D.?光電子的最大初動能和入射光的頻率成正比 4.?(考查光電流規(guī)律)如圖所示，當開關S斷開時，用光子能量為2.?5 eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)不為零。合上開關，調節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表示數(shù)小于0.?60 V時，電流表示數(shù)仍不為零;當電壓表示數(shù)大于或等于0.?60 V時，電流表示數(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 　　拓展一：光電效應現(xiàn)象 1.? 在演示光電效應的實驗中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗電器相連。用弧光燈照射鋅板時，驗電器的指針就張開一個角度，如圖所示，這時(　　) A.?鋅板帶正電，指針帶負電 B.?鋅板帶正電，指針帶正電 C.?鋅板帶負電，指針帶正電 D.?鋅板帶負電，指針帶負電 　　拓展二：愛因斯坦光電效應方程 2.?由愛因斯坦光電效應方程可以畫出光電子的最大初動能和入射光的頻率的關系，如圖所示，以下說法正確的是(　　) A.?ν0表示截止頻率 B.?P的絕對值等于逸出功 C.?直線的斜率表示普朗克常量h的大小 D.?圖線表明最大初動能與入射光頻率成正比 　　拓展三：光子的動量 3.?光子有能量，也有動量p=，它也遵守有關動量的規(guī)律。如圖所示，真空中有一“∞”字形裝置可繞通過橫桿中點的豎直軸OO在水平面內靈活地轉動，其中左邊是圓形黑紙片，右邊是和左邊大小、質量均相同的圓形白紙片。當用平行白光垂直照射這兩個圓面時，關于此裝置開始時的轉動情況(俯視)，下列說法中正確的是(　　) A.?順時針方向轉動 B.?逆時針方向轉動 C.?都有可能 D.?不會轉動 參考答案 知識體系梳理 ①電子?、陔娮印、埏柡椭怠、茉酱蟆、菰蕉唷、蕹跛俣取、叩陀凇、酂o關?、嵩龃蟆、馑矔r性　hν　hν=Ek+W0 νc=　改變　大于λ0　p= 重點難點探究 主題1：實驗表明鋅板在紫外線燈照射下失去電子而帶正電，照射到金屬表面的光(包括不可見光)能使金屬中的電子從表面逸出，這個現(xiàn)象叫光電效應，逸出的電子叫光電子。 主題2：愛因斯坦提出了光子說，成功地解釋了光電效應現(xiàn)象。光子說的基本內容是光的能量傳播不連續(xù);每一份稱為一個光子;每個光子的能量為ε=hν，其中h=6.?6310-34 Js。 愛因斯坦光電效應方程：在光電效應中，金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功W0上，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭幽蹺k 。由能量守恒可得出：hν=Ek+W0，W0為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功，Ek為光電子的最大初動能。 主題3：康普頓在做 X射線通過物質散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關，而與入射光波長和散射物質都無關。這種現(xiàn)象，稱為康普頓散射。按經典電磁理論，散射光的波長與入射光波長相等。康普頓用光子說成功地解釋了這種現(xiàn)象，即光子與電子相碰撞是彈性碰撞，能量守恒、動量守恒，可以計算出散射光波長的變化。光子的動量大小p=。 基礎智能檢測 1.?B　2.?AD　3.?C　4.?A 全新視角拓展 1.?B　【解析】在弧光燈發(fā)出的光照射下，與鋅板相連的驗電器指針張開一個角度，這說明鋅板帶了電，發(fā)生了光電效應。鋅板在光的照射下，失去了電子，鋅板帶正電。與鋅板相連的驗電器是通過接觸帶電來檢驗帶電情況的裝置，因此指針帶正電。選項B正確。 2.?ABC　【解析】由愛因斯坦光電效應方程hν=Ek+W0可知，當Ekm=0時，νc=即為某金屬的截止頻率;當ν=0時，Ekm=-W0，可見P的絕對值就是該金屬對應的逸出功;而該直線的斜率tan α==h，即為普朗克常量。故A、B、C正確。 3.?B　【解析】光照射到黑紙片上被吸收，照射到白紙片上被反射，因此白紙片受到的沖量大，裝置逆時針轉動。故正確選項為B。