高中物理 17_2 光的粒子性學(xué)案 新人教版選修3-5

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課時(shí)17.?2　光的粒子性 　　1.?知道光電效應(yīng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律。 2.?了解愛(ài)因斯坦光子說(shuō)，并能夠用它來(lái)解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象。 3.?知道愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程及其意義，并能利用它解決一些簡(jiǎn)單問(wèn)題。 4.?了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動(dòng)量。 　　1.?光電效應(yīng) 在光(包括不可見(jiàn)光)的照射下物體發(fā)射出①電子的現(xiàn)象叫作光電效應(yīng)，發(fā)射出來(lái)的②電子叫作光電子。 2.?光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(gè)③飽和值。若光的顏色不變，入射光越強(qiáng)，飽和電流④越大，飽和電流與光強(qiáng)成正比。即入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)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(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值νc時(shí)，不加反向電壓也沒(méi)有光電流，這表明已經(jīng)沒(méi)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(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)。 (3)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度⑧無(wú)關(guān)，只隨入射光頻率的增大而⑨增大。 (4)光電效應(yīng)具有⑩瞬時(shí)性，光照在金屬上，產(chǎn)生光電流的時(shí)間不超過(guò)10-9s。 3.?光電效應(yīng)方程 (1)光子說(shuō)：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(gè)光子;光子的能量ε=hν　(ν是光的頻率)。 (2)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程hν=Ek+W0。式中W0叫作逸出功，當(dāng)初動(dòng)能為零時(shí)，可得截止頻率為　　　　。 4.?康普頓效應(yīng) (1)光的散射：光通過(guò)介質(zhì)時(shí)，因與物質(zhì)微粒相互作用，使傳播方向發(fā)生改變，從側(cè)面可以看到光的現(xiàn)象叫作光的散射。 (2)康普頓效應(yīng)：美國(guó)物理學(xué)家康普頓研究X射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)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(zhǎng)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(yīng)。 5.?光子的動(dòng)量 光子既有能量，又有動(dòng)量，其動(dòng)量表達(dá)式為p=　　。 　　主題1：探究光電效應(yīng) 　　情景：圖示是教材中的“演示”實(shí)驗(yàn)圖，用紫外線燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線與不帶電的驗(yàn)電器相連)，使驗(yàn)電器張角增大到約為30時(shí)，再用與絲綢磨擦過(guò)的玻璃棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。請(qǐng)閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，回答下面的問(wèn)題。 問(wèn)題：上述實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么，你知道其中的奧秘嗎? 　　主題2：愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程 　　情景：用經(jīng)典電磁理論來(lái)解釋光電效應(yīng)，存在很多問(wèn)題。如：遏止電壓與光的強(qiáng)弱有關(guān)，不應(yīng)存在截止頻率;產(chǎn)生光子的時(shí)間可以很長(zhǎng)，不必具有瞬時(shí)性等。閱讀教材中的相關(guān)內(nèi)容，回答下面的問(wèn)題。 問(wèn)題：愛(ài)因斯坦是如何解決這些矛盾的?如何用愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律? 　　主題3：康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量 情景：閱讀教材中“康普頓效應(yīng)”和“光子的動(dòng)量”兩部分內(nèi)容，請(qǐng)思考下面的問(wèn)題。 問(wèn)題：什么是康普頓效應(yīng)?康普頓效應(yīng)如何解釋?康普頓效應(yīng)說(shuō)明了什么? 1.?(考查科學(xué)方法)愛(ài)因斯坦根據(jù)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，猜測(cè)光具有粒子性，從而提出了光子說(shuō)。從科學(xué)研究的方法來(lái)說(shuō)，這屬于(　　) A.?等效替代　　　　　 B.?科學(xué)假說(shuō)　　　　　C.?控制變量　　　　　D.?數(shù)學(xué)歸納 2.?(考查光電效應(yīng)規(guī)律)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A.?增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大 B.?減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)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(yīng) D.?改用頻率大于ν的光照射，光電子的最大初動(dòng)能變大 3.?(考查光電效應(yīng)方程)關(guān)于愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)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(huì)具有同樣的初動(dòng)能Ek B.?式中的W0表示每個(gè)光電子從金屬中飛出過(guò)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(yīng)滿足關(guān)系式W0=hν0 D.?光電子的最大初動(dòng)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(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，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(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表示數(shù)小于0.?60 V時(shí)，電流表示數(shù)仍不為零;當(dāng)電壓表示數(shù)大于或等于0.?60 V時(shí)，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(yīng)現(xiàn)象 1.? 在演示光電效應(yīng)的實(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)電器的指針就張開(kāi)一個(gè)角度，如圖所示，這時(shí)(　　) 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 　　拓展二：愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程 2.?由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可以畫(huà)出光電子的最大初動(dòng)能和入射光的頻率的關(guān)系，如圖所示，以下說(shuō)法正確的是(　　) A.?ν0表示截止頻率 B.?P的絕對(duì)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(dòng)能與入射光頻率成正比 　　拓展三：光子的動(dòng)量 3.?光子有能量，也有動(dòng)量p=，它也遵守有關(guān)動(dòng)量的規(guī)律。如圖所示，真空中有一“∞”字形裝置可繞通過(guò)橫桿中點(diǎn)的豎直軸OO在水平面內(nèi)靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)，其中左邊是圓形黑紙片，右邊是和左邊大小、質(zhì)量均相同的圓形白紙片。當(dāng)用平行白光垂直照射這兩個(gè)圓面時(shí)，關(guān)于此裝置開(kāi)始時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況(俯視)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.?順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) B.?逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) C.?都有可能 D.?不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng) 參考答案 知識(shí)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(wú)關(guān)　⑨增大?、馑矔r(shí)性　hν　hν=Ek+W0 νc=　改變　大于λ0　p= 重點(diǎn)難點(diǎn)探究 主題1：實(shí)驗(yàn)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(jiàn)光)能使金屬中的電子從表面逸出，這個(gè)現(xiàn)象叫光電效應(yīng)，逸出的電子叫光電子。 主題2：愛(ài)因斯坦提出了光子說(shuō)，成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象。光子說(shuō)的基本內(nèi)容是光的能量傳播不連續(xù);每一份稱為一個(gè)光子;每個(gè)光子的能量為ε=hν，其中h=6.?6310-34 Js。 愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：在光電效應(yīng)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?dòng)能Ek 。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(dòng)能。 主題3：康普頓在做 X射線通過(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，而與入射光波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。這種現(xiàn)象，稱為康普頓散射。按經(jīng)典電磁理論，散射光的波長(zhǎng)與入射光波長(zhǎng)相等?？灯疹D用光子說(shuō)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(dòng)量守恒，可以計(jì)算出散射光波長(zhǎng)的變化。光子的動(dòng)量大小p=。 基礎(chǔ)智能檢測(cè) 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(yàn)電器指針張開(kāi)一個(gè)角度，這說(shuō)明鋅板帶了電，發(fā)生了光電效應(yīng)。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(yàn)電器是通過(guò)接觸帶電來(lái)檢驗(yàn)帶電情況的裝置，因此指針帶正電。選項(xiàng)B正確。 2.?ABC　【解析】由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程hν=Ek+W0可知，當(dāng)Ekm=0時(shí)，νc=即為某金屬的截止頻率;當(dāng)ν=0時(shí)，Ekm=-W0，可見(jiàn)P的絕對(duì)值就是該金屬對(duì)應(yīng)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。故正確選項(xiàng)為B。