1、22 涅槃凤凰再飞翔涅槃凤凰再飞翔(课时课时 2) 学习目标 1.进一步理解光电效应方程的意义，会用光电效应方程分析有关问题.2.会用图像 描述光电效应有关物理量之间的关系.3.了解康普顿效应及其意义，了解光子的动量 一、光电效应方程 hWEkm的应用 1光电效应方程的理解 (1)Ekm为光电子的最大初动能，与金属的逸出功 W 和光的频率 有关 (2)若 Ekm0，则 hW，此时的 即为金属的极限频率 0. 2光电效应现象的有关计算 (1)最大初动能的计算：EkmhWhh0； (2)极限频率的计算：h0W，即 0W h； (3)遏止电压的计算：eU0Ekm，即 UEkm e hW e . 例
2、1 在光电效应实验中，某金属的极限频率相对应的光的波长为 0，该金属的逸出功为 _若用波长为 (0)的单色光做该实验，则其最大初动能为_(已知电子的电荷 量、真空中的光速和普朗克常量分别为 e、c 和 h) 答案 hc 0 hc0 0 解析 由光电效应方程知，光电子的最大初动能 EkmhW，其中金属的逸出功 Wh0， 又由 c 知 Whc 0，用波长为 的单色光照射时，其 Ekm hc hc 0hc 0 0 . 针对训练 1 用波长为 2.010 7 m 的紫外线照射钨的表面， 释放出来的光电子中最大的初动 能是 3.710 19J.由此可知，钨的极限频率约为(普朗克常量 h6.631034
3、J s，光速 c 3.0108 m/s)( ) A5.51014Hz B7.91014Hz C9.41014Hz D1.21015Hz 答案 C 解析 由光电效应方程 hWEkm，紫外线的频率为 c ，逸出功 Wh0，联立可得 0 c Ekm h 9.41014Hz，故 C 正确 二、光电效应图像问题 1Ekm 图线 如图 1 所示，为光电子最大初动能 Ekm随入射光频率 的变化图线，由 EkmhW 知，横 轴上的截距是阴极金属的极限频率 0，纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值W，斜率 是普朗克常量 h. 图 1 2IU 图线 如图 2 所示是光电流 I 随光电管两极板间电压 U 的变化曲线
4、，图中 Im为饱和光电流，U 为 遏止电压 图 2 说明：(1)由 EkmeU 和 EkmhW 知，同一色光，遏止电压相同，与入射光强度无关；不 同色光，频率越大，遏止电压越大； (2)在入射光频率一定时，饱和光电流随入射光强度的增大而增大 例 2 用不同频率的紫外线分别照射钨板和锌板而产生光电效应， 可得到光电子的最大初动 能 Ekm随入射光的频率 变化的 Ekm 图像，已知钨元素的逸出功为 3.28 eV，锌元素的逸 出功为 3.34 eV，若将两者的图像分别用实线与虚线画在同一个 Ekm 图上则下图中正确 的是( ) 答案 A 解析 根据光电效应方程 EkmhW 可知 Ekm 图像的斜率
5、为普朗克常量 h，因此图中两 图线应平行，C、D 错；横轴的截距表示恰能发生光电效应(光电子最大初动能为零)时的入射 光的频率即极限频率由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的极限频率越大，则知 能使金属锌发生光电效应的极限频率较大，A 对，B 错 处理图像问题时要理解图像的物理意义，写出图像所对应的函数关系式，明确斜率和截距的 物理意义. 针对训练 2 (多选)(2018 张家口市高二下期末)如图 3，直线为光电子最大初动能与入射光频 率的关系， 已知直线的纵、 横截距分别为a、 b， 电子电荷量为 e， 下列表达式正确的是( ) 图 3 A普朗克常量 hb a B金属的极限频率 0b C
6、金属的逸出功 Wa D若入射光频率为 2b，则光电子的初动能一定为 a 答案 BC 解析 根据光电效应方程可得 EkmhWhh0则光电子的最大初动能 Ekm与入射光频 率 成线性关系， Ekm 图线的斜率表示普朗克常量， 根据图线斜率可得出普朗克常量 ha b， 逸出功 Wa.横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频 率 b，故 B、C 正确，A 错误；据光电效应方程可知，入射光频率为 2b 时，最大初动能为： h 2baa，但光电子的初动能不一定为 a，故 D 错误 例 3 (多选)在如图 4 所示的光电管的实验中(电源正、负极可以对调)，用同一光电管得到 了三条
7、可见光的光电流与电压之间的关系曲线(图中的甲光、乙光、丙光)下列说法中正确 的有( ) 图 4 A只要电流表中有电流通过，光电管中就发生了光电效应 B同一光电管对不同颜色的单色光有各自不同的极限频率 C电流表 G 的电流方向可以是 a 流向 b、也可以是 b 流向 a D由于甲光和乙光有共同的 U2，可以确定甲光和乙光是同一种色光 答案 AD 解析 由题图可知，只要电流表中有电流，则有光电子通过电流表，因此一定会发生光电效 应，故 A 正确；同一金属，极限频率是相同的，故 B 错误；由光电管结构可知，光电子由右 向左运动，则电流方向一定是从左向右，即 a 流向 b，故 C 错误；根据 eUEk
8、mhW， 入射光的频率越高，对应的遏止电压 U 越大，甲光、乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光 的频率相等，即为同种光，故 D 正确 三、康普顿效应 1光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变的现象 2康普顿效应：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 0相同的成分外，还有波长大于 0的成分，这个现象称为康普顿效应 3康普顿效应的解释 假定光子与静止的电子发生弹性碰撞，按照爱因斯坦的光子说，一个光子不仅具有能量 E h，而且还有动量如图 5 所示这个光子与静止的电子发生弹性碰撞，光子把部分能量转 移给了电子，能量由 h 减小为 h，
9、因此频率减小，波长增大同时，光子还使电子获得 一定的动量这样就圆满地解释了康普顿效应 图 5 4康普顿效应的意义 康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性 例 4 科学研究证明，光子既有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移 给了电子假设光子与电子碰撞前的波长为 ，碰撞后的波长为 ，则碰撞过程中( ) A能量守恒，动量守恒，且 B能量不守恒，动量不守恒，且 C能量守恒，动量守恒，且 答案 C 解析 能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，既适用于宏观世界也适用于微观世界光 子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律，光子与电子碰撞前光子的能量 hhc ，当光子与
10、电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量 hh c ，由 ，可知 ，选项 C 正确 提示 光子不仅具有能量 Eh，而且还具有动量，光子与物质中的微粒碰撞时要遵守能量 守恒定律和动量守恒定律. 1(康普顿效应)白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果美国物理学家 康普顿由于在这方面的研究而荣获了 1927 年的诺贝尔物理学奖 假设一个运动的光子和一个 静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射 光子跟原来的光子相比( ) A频率变大 B速度变小 C光子能量变大 D波长变长 答案 D 解析 光子与电子碰撞时，遵守动量守恒定律和能量守恒定律
11、，自由电子被碰前静止，被碰 后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，由 Eh 知，频率变小，波长变长，故选 项 D 正确 2(光电效应的图像)(2019 鹤壁市高二下质检)用三种不同的单色光照射同一金属做光电效应 实验，得到的光电流与电压的关系如图 6 所示，则下列说法正确的是( ) 图 6 A单色光 A 和 B 是颜色相同、强度不同的光 B单色光 A 的频率大于单色光 C 的频率 C单色光 A 的遏止电压大于单色光 C 的遏止电压 DA 光对应的光电子最大初动能大于 C 光对应的光电子最大初动能 答案 A 解析 由题图可知，单色光 A 和单色光 B 的遏止电压相同，所以它们是同一色光，相
12、同电压 时，单色光 A 对应的光电流更大，说明单位时间内照射的光电子数更多，即单色光 A 更强， 故 A 正确；根据 eUEkmhW，可知入射光的频率越高，对应的遏止电压 U 越大，由题 图可知单色光 C 的遏止电压大于单色光 A 的遏止电压，故单色光 C 的频率大于单色光 A 的 频率，则单色光 C 对应的光电子的最大初动能大于单色光 A 对应的光电子的最大初动能，故 B、C、D 错误 3(光电效应方程的应用)(2019 邢台市期末)若能量为 E0的光子射到某金属表面时，从金属 表面逸出的光电子的最大初动能为 Ekm，则能量为 2E0的光子射到该金属表面时，逸出的光 电子的最大初动能为( )
13、 AE0Ekm BE0Ekm C2Ekm D2E0Ekm 答案 A 解析 设该金属的逸出功为 W， 若用能量为 E0的光子射到该金属表面时， 产生光电子的最大 初动能为 Ekm，根据光电效应方程知：EkmE0W；改用能量为 2E0的光子射到该金属表面 时，金属的逸出功不变，逸出的光电子的最大初动能为 Ekm2E0WE0Ekm，故 A 正 确 4(光电效应方程的应用)(2019 鹤壁市高二下质检)1916 年，美国著名实验物理学家密立根， 完全肯定了爱因斯坦的光电效应方程，并且测出了当时最精确的普朗克常量 h 的值，从而赢 得 1923 年度诺贝尔物理学奖若用如图 7 甲所示的实验装置测量某金属
14、的遏止电压 U 与入 射光频率 ，作出如图乙所示的 U 图像，电子电荷量 e1.610 19C，则下列说法正确的 是( ) 图 7 A图甲中电极 A 连接电源的正极 B普朗克常量约为 6.6410 34 J s C该金属的极限频率为 5.01014 Hz D该金属的逸出功约为 6.6110 19 J 答案 C 解析 光电管内电子从 K 极出来，在电场力的作用下做减速运动，所以电场线的方向向右， 所以 A 极接电源负极，故 A 错；由爱因斯坦光电效应方程得：EkmhW，电子在电场中 做减速运动，由动能定理可得：eU0Ekm，解得 Uh e W e .由题图可知，金属的极限频 率等于 05.01014Hz，图像的斜率代表了 kh e，结合数据解得：h6.6110 34 J s，故 B 错误，C 正确；金属的逸出功 Wh06.6110 345.01014 J3.311019 J，故 D 错误