高中 物理 必修第三册 第四章 原子结构和波粒二象性《第2节 光电效应》教学设计.docx

第2节光电效应

[学习目标]

1．知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律。

2．知道光电效应中极限频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾。

3．知道光子说及其对光电效应的解释。

4．掌握爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单问题。

5．了解康普顿效应，知道光子不仅具有能量，而且具有动量。

6．理解光的波粒二象性。

知识点1光电效应的实验规律

1．光电效应的定义：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应。这种电子常称为光电子。

2．光电效应的实验规律

(1)存在截止频率：当入射光的频率减小到某一数值νc时，光电流消失，这表明没有光电流了，νc称为截止频率或极限频率。

(2)存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值，表明在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的。

(3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度。

初速度的上限vc满足eq\f(1,2)meveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(c))＝eUc。

(4)光电效应具有瞬时性：精确测量表明产生电流的时间很快，即光电效应几乎是瞬时发生的。

知识点2光电效应经典解释中的疑难

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。

2．光电效应中的一些重要现象无法用经典电磁理论解释。

知识点3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，这些能量子称为光子。

2．光电效应方程

(1)对光电效应的说明

在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中，一部分用来克服金属的逸出功W0，另一部分为光电子的初动能Ek。

(2)光电效应方程

Ek＝hν－W0。

3．对光电效应规律的解释

(1)只有当hνW0时，才有光电子逸出，νc＝eq\f(W0,h)就是光电效应的截止频率。

(2)光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光的强弱无关。

(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。

(4)对于同种频率的光，光较强时，单位时间内照射到金属表面的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。

[判一判]

1．(1)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。()

(2)“光子”就是“光电子”的简称。()

提示：(1)×(2)×

知识点4康普顿效应和光子的动量

1．康普顿效应

美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长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．康普顿效应的意义

康普顿效应表明光子不仅具有能量，而且具有动量。

3．光子的动量

(1)表达式：p＝eq\f(h,λ)。

(2)说明：在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子的动量可能会变小。动量p减小，意味着波长λ变大，因此，有些光子散射后波长变大。

知识点5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。而爱因斯坦的光电效应理论和康普顿效应理论表明，光在某些方面确实会表现得像是由一些粒子(即一个个有确定能量和动量的“光子”)组成的。也就是说，光电效应和康普顿效应重新揭示了光的粒子性。人们意识到，光既具有波动性，又具有粒子性。换句话说，光具有波粒二象性。

[判一判]

2．(1)光子发生散射时，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化。()

(2)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子。()

提示：(1)×(2)×

1．(对光电效应规律的理解)关于光电效应，下列说法正确的是()

A．光子与光电子的本质都是电子

B．光电效应现象表明光具有波动性

C．只要入射光的频率大于金属的截止频率，就能发生光电效应现象

D．用相同频率的光照射不同的金属表面，发生光电效应时逸出的光电子最大初动能相同

解析：选C。能量子又称为光子，是量子化的能量单位，光电子本质是电子，故A错误；光电效应现象表明光具有粒子性，故B错误；只要入射光的频率大于金属的截止频率，就能发生光电效应现象，故C正确；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0可知光电子的最大初动能Ekm由逸出功W0与入射光频率ν共同决定，逸出功与金属材料有关，不同金属的逸出功不同，所以最大初动能不同，故D错误。

2．(对光电效应的考查)(多选)如图所示，一验电器与锌板用导线相连，用紫外线光源照射锌板时，验电器指针发生了偏转，下列判断正确的是()

A.此时锌板带正电

B．紫外线越强，验电器的指针偏角越大

C