第四章　原子结构和波粒二象性 第2节　光电效应（课件+学案）

第2节　光电效应 [学习目标要求]　1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律。2.理解爱因斯坦的光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题。3.了解康普顿效应及其意义。4.知道光的波粒二象性。 　光电效应的实验规律 1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。 2．光电子：光电效应中发射出来的电子。 3．光电效应的实验规律 (1)存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。 (2)存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。 (3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc，且满足mevc2＝eUc。 (4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的。 [想一想] 如图所示，紫外线照射锌板后，验电器指针张开说明了什么？ 提示：紫外线照射锌板后，锌板表面逸出电子，使验电器带电，指针张开。 　光电效应经典解释中的疑难 1．逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值，用W0表示。不同种类的金属，其逸出功的大小不相同。 2．光电效应经典解释 (1)不应存在截止频率。 (2)遏止电压Uc应该与光的强弱有关。 (3)电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远大于实验中产生光电流的时间。 [判一判] (1)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(×) (2)逸出功的大小与入射光无关。(√) 　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，其中，h为普朗克常量。这些能量子后来称为光子。 2．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0。 (2)物理意义：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，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能。 (3)Uc与ν、W0的关系 ①表达式：Uc＝ν－； ②图像：Uc-ν图像是一条斜率为的直线。 [练一练] 用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J。已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m/s。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(　　) A．1×1014 Hz　　　　 B．8×1014 Hz C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz 解析：B　设单色光的最低频率为ν0，由Ek＝hν－W0知Ek＝hν1－W0，0＝hν0－W0，又知ν1＝，整理得ν0＝－，解得ν0≈8×1014 Hz。故B正确。 　康普顿效应和光子的动量 1．康普顿效应：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＝。 (2)说明：在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子的动量可能变小。因此，有些光子散射后波长变大。 [判一判] (1)经典物理学理论不能合理解释康普顿效应。(√) (2)康普顿效应揭示了光子不仅具有能量，还具有动量。(√) 　光的波粒二象性 1．光的粒子性：光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性。 2．光的波动性：麦克斯韦的电磁理论认为光是一种电磁波。 3．光的波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性。 [练一练] (多选)对光的认识，下列说法正确的是(　　) A．少量光子的行为易表现出粒子性，大量光子的行为易表现出波动性 B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的 C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不具有波动性了 D．光的波粒二象性可以理解为在某些场合下光的波动性表现明显，在某些场合下，光的粒子性表现明显 解析：ABD　少量光子的行为易表现出粒子性，大量光子的行为易表现 ... ...