物理 第十七章 波粒二象性 2 光的粒子性 新人教版选修3-5 .ppt

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1、2光的粒子性光的粒子性学 基础导学1光光电电效效应应：照照射射到到金金属属表表面面的的光光，能能使使金金属属中中的的_从表面逸出的现象从表面逸出的现象2光电子光电子：光电效应中发射出来的：光电效应中发射出来的_一、光电效应的实验规律一、光电效应的实验规律电子电子电子电子3光电效应的实验规律光电效应的实验规律(1)存存在在着着_光光电电流流：在在光光的的颜颜色色不不变变的的情情况况下下，入入射射光光越越强强，_越越大大这这表表明明对对于于一一定定颜颜色色的的光光，入入射射光光越强，单位时间内发射的光电子数越强，单位时间内发射的光电子数_饱和饱和饱和电流饱和电流越多越多(2)存存在在着着遏遏止止电

2、电压压和和_频频率率：光光电电子子的的_与与入入射射光光的的频频率率有有关关，而而与与入入射射光光的的强强弱弱_，当当入入射射光光的频率低于截止频率时不能发生光电效应的频率低于截止频率时不能发生光电效应截止截止最大初动能最大初动能无关无关(3)光光电电效效应应具具有有_：光光电电效效应应几几乎乎是是_发发生的，从光照射到产生光电流的时间不超过生的，从光照射到产生光电流的时间不超过_4逸逸出出功功：使使电电子子脱脱离离某某种种金金属属所所做做功功的的最最小小值值叫叫做做这这种金属的逸出功种金属的逸出功瞬时性瞬时性瞬时瞬时109 s按照光的电磁理论，无法解释光电效应中：按照光的电磁理论，无法解释光

3、电效应中：1遏止电压与光的强弱无关；遏止电压与光的强弱无关；2每种金属都存在不同的截止频率；每种金属都存在不同的截止频率；3光电子逸出的时间光电子逸出的时间109 s等实验规律等实验规律二、光电效应解释中的疑难二、光电效应解释中的疑难1光子光子爱爱因因斯斯坦坦于于1905年年提提出出，在在空空间间传传播播的的光光不不是是_的的，而而是是一一份份一一份份的的，每每一一份份叫叫做做一一个个光光量量子子，简简称称_，光光子的能量子的能量Eh2光电效应方程光电效应方程(1)表达式表达式：_EkW0或或Ek_W0(2)物物理理意意义义：金金属属中中电电子子吸吸收收一一个个光光子子获获得得的的能能量量是是

4、h，这这些些能能量量一一部部分分用用于于克克服服金金属属的的_，剩剩下下的的表表现现为为逸出后电子的初动能逸出后电子的初动能Ek三、爱因斯坦的光电效应方程三、爱因斯坦的光电效应方程连续连续光子光子hh逸出功逸出功W1光光的的散散射射：光光在在介介质质中中与与物物体体微微粒粒的的相相互互作作用用，使使光光的传播方向的传播方向_的现象的现象2康康普普顿顿效效应应：在在光光的的散散射射中中，除除了了与与入入射射波波长长相相同同的的成分外，还有波长成分外，还有波长_的成分的成分3康康普普顿顿效效应应的的意意义义：康康普普顿顿效效应应表表明明光光子子除除了了具具有有能能量之外，还具有动量，深入揭示了光的

5、量之外，还具有动量，深入揭示了光的_性的一面性的一面四、康普顿效应四、康普顿效应发生改变发生改变更长更长粒子粒子1表达式表达式：_2说说明明：在在康康普普顿顿效效应应中中，当当入入射射光光子子与与晶晶体体中中的的电电子子碰碰撞撞时时，要要把把一一部部分分动动量量转转移移给给电电子子，因因此此有有些些光光子子散散射射后后波波长变长长变长五、光子的动量五、光子的动量ph/讲 要点例析 光电效应中几个易混淆的概念光电效应中几个易混淆的概念1光子与光电子光子与光电子光光子子指指光光在在空空间间传传播播时时的的每每一一份份能能量量，光光子子不不带带电电，光光电电子子是是金金属属表表面面受受到到光光照照射

6、射时时发发射射出出来来的的电电子子，其其本本质质是是电电子子，光子是光电效应的因，光电子是果光子是光电效应的因，光电子是果2光电子的动能与光电子的最大初动能光电子的动能与光电子的最大初动能光光照照射射到到金金属属表表面面时时，光光子子的的能能量量全全部部被被电电子子吸吸收收，电电子子吸吸收收光光子子的的能能量量，可可能能向向各各个个方方向向运运动动，需需克克服服原原子子核核和和其其他他原原子子的的阻阻碍碍而而损损失失一一部部分分能能量量，剩剩余余部部分分为为光光电电子子的的初初动动能能；只只有有金金属属表表面面的的电电子子直直接接向向外外飞飞出出时时，只只需需克克服服原原子子核核的的引引力力做

7、做功功，才才具具有有最最大大初初动动能能光光电电子子的的初初动动能能小小于于等等于于光光电电子子的的最大初动能最大初动能3光子的能量与入射光的强度光子的能量与入射光的强度光光子子的的能能量量即即每每个个光光子子的的能能量量，其其值值为为Eh(为为光光子子的的频频率率)，其其大大小小由由光光的的频频率率决决定定入入射射光光的的强强度度指指单单位位时时间间内内照照射射到到金金属属表表面面单单位位面面积积上上的的总总能能量量；入入射射光光的的强强度度等等于于单单位位时间内光子能量与入射光子数的乘积时间内光子能量与入射光子数的乘积4光电流和饱和光电流光电流和饱和光电流金金属属板板飞飞出出的的光光电电子

8、子到到达达阳阳极极，回回路路中中便便产产生生光光电电流流，随随着着所所加加正正向向电电压压的的增增大大，光光电电流流趋趋于于一一个个饱饱和和值值，这这个个饱饱和和值值是是饱饱和和光光电电流流，在在一一定定的的光光照照条条件件下下，饱饱和和光光电电流流与与所所加加电电压压大小无关大小无关入入射射光光照照射射到到某某金金属属表表面面上上发发生生光光电电效效应应，若若入入射射光光的的强强度度减减弱弱，而而频频率率保保持持不不变变，那那么么()A从从光光照照射射金金属属表表面面到到发发射射出出光光电电子子之之间间的的时时间间间间隔隔将将明显增加明显增加B逸出的光电子的最大初动能将减小逸出的光电子的最大

9、初动能将减小C单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D有可能不发生光电效应有可能不发生光电效应解解析析：根根据据光光电电效效应应的的实实验验规规律律知知，从从光光照照射射金金属属表表面面到到光光电电子子发发射射的的时时间间间间隔隔极极短短，这这与与光光的的强强度度无无关关，故故A错错误误实实验验规规律律还还指指出出，逸逸出出光光电电子子的的最最大大初初动动能能与与入入射射光光频频率率有有关关，光光电电流流与与入入射射光光强强度度成成正正比比，由由此此可可知知，B、D错错误误，C正正确确答案：答案：C 11关关于于光光电电效效应应的的规规律律，下列说

10、法中正确的是下列说法中正确的是()A当当某某种种色色光光照照射射金金属属表表面面时时，能能产产生生光光电电效效应应，则则入入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大B当当某某种种色色光光照照射射金金属属表表面面时时，能能产产生生光光电电效效应应，则则入入射光的强度越大，产生的光电子数越多射光的强度越大，产生的光电子数越多C同同一一频频率率的的光光照照射射不不同同的的金金属属，如如果果都都能能产产生生光光电电效效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大D对对某某种种金金属属，入入射射光光波

11、波长长必必须须小小于于某某一一极极限限波波长长，才才能有光电子逸出能有光电子逸出答案：答案：ABD 光电效应方程的理解及其应用光电效应方程的理解及其应用2光子说对光电效应的解释光子说对光电效应的解释(1)饱和光电流与光强关系饱和光电流与光强关系光光越越强强，包包含含的的光光子子数数越越多多，照照射射金金属属时时产产生生的的光光电电子子越越多多，因因而而饱饱和和光光电电流流越越大大所所以以，入入射射光光频频率率一一定定时时，饱饱和和光光电流与光强成正比电流与光强成正比如如图图所所示示，当当开开关关K断断开开时时，用用光光子子能能量量为为25 eV的的一一束束光光照照射射到到阴阴极极P，发发现现电

12、电流流表表读读数数不不为为零零合合上上开开关关，调调节节滑滑动动变变阻阻器器，发发现现当当电电压压表表读读数数小小于于060 V时时，电电流流表表读读数数仍仍不不为为零零；当当电电压压表表读读数数大大于于或或等等于于060 V时时，电电流流表表读读数数为为零零由由此此可可知知阴阴极极材材料料的的逸逸出功为出功为()A19 eVB06 eVC25 eV D31 eV解解析析：电电流流表表读读数数为为零零时时，光光电电子子的的初初动动能能刚刚好好全全部部消消耗在电场力做功上，则有耗在电场力做功上，则有EkeU06 eV又因为又因为EkhW所以，所以，WhEk(2506)eV19 eV答案：答案：A

13、21用用不不同同频频率率的的紫紫外外线线分分别别照照射射钨钨板板和和锌锌板板而而产产生生光光电电效效应应，可可得得到到光光电电子子的的最最大大初初动动能能Ek随随入入射射光光的的频频率率变变化化的的Ek图图，已已知知钨钨元元素素的的逸逸出出功功为为328 eV，锌锌元元素素的的逸逸出出功功为为 334 eV，若若将将两两者者的的图图象象分分别别用用实实线线与与虚虚线线画画在在同同一一个个Ek，图图上上则则下下列列图图中中正正确确的的是是()解解析析：根根据据光光电电效效应应方方程程EkhW可可知知Ek图图象象的的斜斜率率为为普普朗朗克克常常量量h，因因此此图图中中两两线线应应平平行行，C、D错

14、错；图图线线与与横横轴轴的的交交点点表表示示恰恰能能发发生生光光电电效效应应(光光电电子子动动能能为为零零)时时的的入入射射光光频频率率即即极极限限频频率率由由光光电电效效应应方方程程可可知知，逸逸出出功功越越大大的的金金属属对对应应的的入入射射光光的的频频率率越越高高，所所以以能能使使金金属属锌锌发发生生光光电电效效应应的的极极限频率较高，所以限频率较高，所以A对，对，B错错答案：答案：A假假定定X射射线线光光子子与与电电子子发发生生弹弹性性碰碰撞撞，这这种种碰碰撞撞跟跟台台球球比比赛赛中中的的两两球球碰碰撞撞很很相相似似按按照照爱爱因因斯斯坦坦的的光光子子说说，一一个个X射射线线光光子子不

15、不仅仅具具有有能能量量Eh，而而且且还还有有动动量量如如图图所所示示这这个个光光子子与与静静止止的的电电子子发发生生弹弹性性斜斜碰碰，光光子子把把部部分分能能量量转转移移给给了了电电子子，能能量量由由h减减小小为为h，因因此此频频率率减减小小，波波长长增增大大同同时时，光光子子还还使电子获得一定的动量这样就圆满地解释了康普顿效应使电子获得一定的动量这样就圆满地解释了康普顿效应光子说对康普顿效应的解释光子说对康普顿效应的解释康康普普顿顿效效应应证证实实了了光光子子不不仅仅具具有有能能量量，也也有有动动量量如如图图给给出出了了光光子子与与静静止止电电子子碰碰撞撞后后，电电子子的的运运动动方方向向，

16、则则碰碰后后光光子子可可能能沿沿方方向向_运运动动，并并且且波波长长_(填填“不变不变”、“变短变短”或或“变长变长”)解解析析：因因光光子子与与电电子子的的碰碰撞撞过过程程动动量量守守恒恒，所所以以碰碰撞撞之之后后光光子子和和电电子子的的总总动动量量的的方方向向与与光光子子碰碰前前动动量量的的方方向向一一致致，可可见见碰碰后后光光子子可可能能沿沿1方方向向运运动动，不不可可能能沿沿2或或3方方向向；通通过过碰碰撞撞，光光子子将将一一部部分分能能量量转转移移给给电电子子，能能量量减减少少，由由Eh知知，频频率率变小，再根据变小，再根据c知，波长变长知，波长变长答案：答案：1变长变长 宏宏观观世

17、世界界中中物物体体间间的的相相互互作作用用过过程程中中所所遵遵循循的的规规律律，也也适适用用于于微微观观粒粒子子的的相相互互作作用用过过程程；康康普普顿顿效效应应进进一一步步揭揭示示了了光光的的粒粒子子性性，也也再再次次证证明明了了爱爱因因斯斯坦光子说的正确性坦光子说的正确性31假假如如一一个个光光子子与与一一个个静静止止的的电电子子碰碰撞撞，光光子子并并没没有有被被吸吸收收，只只是是被被电电子子反反弹弹回回来来，散散射射光子的频率与原来光子的频率相比哪个大？为什么？光子的频率与原来光子的频率相比哪个大？为什么？答案：答案：变小因为波长变大，由变小因为波长变大，由c知，频率变小知，频率变小 思

18、考与讨论思考与讨论教材教材P33爱爱因因斯斯坦坦光光电电效效应应方方程程给给出出了了光光电电子子的的最最大大初初动动能能Ek与与入入射射光光的的频频率率的的关关系系但但是是，很很难难直直接接测测量量光光电电子子的的动动能能，容容易测量的是遏止电压易测量的是遏止电压Uc，怎样得到，怎样得到Uc到到，W0的关系？的关系？思考与讨论思考与讨论教材教材P35白白天天的的天天空空各各处处都都是是亮亮的的；宇宇航航员员在在大大气气层层外外飞飞行行时时，尽尽管管太太阳阳的的光光线线耀耀眼眼刺刺目目，但但其其他他方方向向的的天天空空是是黑黑的的，甚甚至至可可以以看见星星，这是为什么？看见星星，这是为什么？点点

19、拨拨：光光在在大大气气中中传传播播，光光与与大大气气中中的的灰灰尘尘微微粒粒相相互互作作用用，发发生生了了散散射射现现象象，所所以以我我们们从从侧侧面面能能看看到到这这束束光光，白白天天的的天天空空各各处处都都是是亮亮的的在在大大气气层层以以外外的的空空间间无无介介质质，光光在在真真空空中中传传播播不不会会发发生生散散射射，只只能能沿沿直直线线传传播播，所所以以会会看看到到其其他他方方向向的的天空是黑的，甚至可以看见星星天空是黑的，甚至可以看见星星练 随堂演练1爱爱因因斯斯坦坦由由光光电电效效应应的的实实验验规规律律，猜猜测测光光具具有有粒粒子子性性，从而提出光子说，从科学探究的方法来说，这属

20、于从而提出光子说，从科学探究的方法来说，这属于()A等效替代等效替代B控制变量控制变量C科学假说科学假说 D数学归纳数学归纳解解析析：爱爱因因斯斯坦坦根根据据光光电电效效应应的的实实验验规规律律，猜猜测测光光具具有有粒粒子子性性，从从而而提提出出光光子子说说，从从科科学学探探究究的的方方法法来来说说，这这属属于于科科学假说学假说答案：答案：C2在在演演示示光光电电效效应应的的实实验验中中，原原来来不不带带电电的的一一块块锌锌板板与与灵灵敏敏验验电电器器相相连连，用用弧弧光光灯灯照照射射锌锌板板时时，验验电电器器的的指指针针张张开开一一个角度，如图所示，这时个角度，如图所示，这时()A锌板带正电

21、，指针带负电锌板带正电，指针带负电B锌板带正电，指针带正电锌板带正电，指针带正电C锌板带负电，指针带正电锌板带负电，指针带正电D锌板带负电，指针带负电锌板带负电，指针带负电解解析析：弧弧光光灯灯发发出出的的紫紫外外线线照照射射锌锌板板，发发生生光光电电效效应应，有有电电子子从从锌锌板板飞飞出出，锌锌板板由由于于失失去去电电子子而而带带正正电电；验验电电器器与与锌锌板相连接，也带正电故板相连接，也带正电故B项正确项正确答案：答案：B3关于光电效应，下列说法中正确的是关于光电效应，下列说法中正确的是()A光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大B只只

22、要要入入射射光光的的强强度度足足够够强强，照照射射时时间间足足够够长长，就就一一定定能产生光电效应能产生光电效应C在光电效应中，饱和电流的大小与入射光的频率无关在光电效应中，饱和电流的大小与入射光的频率无关D任任何何一一种种金金属属都都有有一一个个极极限限频频率率，低低于于这这个个频频率率的的光光不能使它发生光电效应不能使它发生光电效应解解析析：由由光光电电效效应应的的实实验验规规律律可可知知，选选项项D正正确确；由由光光电电效效应应方方程程可可以以推推出出光光电电子子的的最最大大初初动动能能应应随随着着入入射射光光频频率率的的增增大大而而增增大大，选选项项A错错误误；饱饱和和光光电电流流的的

23、大大小小与与光光强强有有关关，入入射射光光频频率率一一定定时时，饱饱和和光光电电流流大大小小与与光光强强成成正正比比，若若是是光光强强一一定定，入入射射光光的的频频率率越越高高，则则光光子子数数就就少少，饱饱和和光光电电流流就就小小了了，所所以以选选项项C错错误误；能能否否发发生生光光电电效效应应，与与照照射射的的时时间间长长短短及及入入射光的强度无关，选项射光的强度无关，选项B错误错误答案：答案：D4如如图图所所示示为为康康普普顿顿效效应应示示意意图图，真真空空中中光光子子与与一一个个静静止止的的电电子子发发生生碰碰撞撞，图图中中标标出出了了碰碰撞撞后后电电子子的的运运动动方方向向设设碰碰前

24、前光光子子频频率率为为，碰碰后后为为，则则关关于于光光子子碰碰后后的的运运动动方方向向和和频频率率的说法中正确的是的说法中正确的是()A可能沿图中可能沿图中方向方向B可能沿图中可能沿图中方向方向C D解解析析：光光子子与与电电子子碰碰撞撞过过程程中中动动量量守守恒恒，故故沿沿方方向向运运动动，光光子子与与电电子子碰碰撞撞后后，它它的的能能量量变变小小，即即频频率率变变小小，故故B正确正确答案：答案：B5光电效应实验中，下列表述正确的是光电效应实验中，下列表述正确的是()A光照时间越长光电流越大光照时间越长光电流越大B入射光足够强就可以有光电流入射光足够强就可以有光电流C遏止电压与入射光的频率有

25、关遏止电压与入射光的频率有关D入射光频率大于极限频率才能产生光电子入射光频率大于极限频率才能产生光电子解解析析：由由爱爱因因斯斯坦坦光光电电效效应应方方程程知知，只只有有当当入入射射光光频频率率大大于于极极限限频频率率时时才才能能产产生生光光电电子子，光光电电流流几几乎乎是是瞬瞬时时产产生生的的，其其大大小小与与光光强强有有关关，与与光光照照时时间间长长短短无无关关，易易知知eUcEkhW0(其其中中Uc为为遏遏止止电电压压，Ek为为光光电电子子的的最最大大初初动动能能，W0为为逸逸出出功功，为为入入射射光光频频率率)由由以以上上分分析析知知，A、B错错误误，C、D正正确确答案：答案：CD谢谢观看！谢谢观看！