高中物理第十七章波粒二象17.2光的粒子性教案新人教版选修3_5
人教版物理教材选修3-5 第十七章第2节《光的粒子性》名师教案
光的粒子性——光电效应一、概述本课题为普通高中物理选修（3-5）第五章波和粒子第一节，高三理科班课程，学时一课时。
学习光电效应现象及其解释理论——光电效应方程。
本课教材蕴含着十分丰富的教学内容：在知识方面，本课作为后牛顿物理两大支柱之――量子理论的入门，涉及到量子物理最基础的内容，也是经典物理学与量子物理学的重要衔接；同时本节还有着厚重的物理学科文化积淀，有物理学史、科学方法、辩证唯物主义思想、创新意识等人文精神教育的题材．教材在知识陈述上较为浅显直接，而关于这些知识的“背景”，则是相当丰满、承赋人文，为实施“科学的人文教育价值”提供了很大的空间．二、核心素养经历“探究光电效应的规律”过程，让学生获得探究活动的体验，体验探究自然界规律的艰辛与喜悦．陶冶崇尚科学、仰慕科学家，欣赏物理学的奇妙与和谐的情愫．学习科学家敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神，培养判断有关信息是否科学的意识．三、教学目标1. 了解光电效应研究史实．了解光子的概念，了解并识别光电效应现象．2. 能表述光电效应现象的规律，会用光子说解释光电效应现象的规律．3. 理解光电效应方程的各个物理量的含义及其对光电效应的解释．四、学情分析学生已经在3-5第二章学习过原子结构和氢原子光谱与能级结构，对原子微观结构有了一定的认识。
知道原子的电离过程本质。
高三理科班学生对原子的微观机理有一定的兴趣，但是，微观世界的抽象性会成为学生理解过程的主要障碍。
急于求成、重视结论型陈述、轻视物理探究史实和逻辑推理是不少理科生学习原子物理相关理论的通病，这也是这一部分知识遗忘率高的原因。
五、教学过程课前：登陆优教平台，发送预习任务。
根据优教平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。
<一> 引言师：前几节课我们了解了人们在研究光的本性过程提出的几种有代表性的学说。
（简单回顾光的微粒说和波动说的发展过程）自从麦克期韦提出光的电磁说，赫兹又用实验证实了麦克斯韦的理论后，光的波动理论发展到了完美的地步。
人教版高二物理选修3-5第十七章 波粒二象性 第二节 光的粒子性 学案教师版-最新教育文档
第十七章波粒二象性第二节光的粒子性学案班别姓名学号一、自主预习1．光电效应现象光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做__________，发射出来的电子叫做光电子。
2．光电效应规（1）每种金属都有一个极限________。
（2）光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的________增大而增大。
（3）光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是__________的。
（4）光电流的强度与入射光的________成正比。
3．爱因斯坦光电效应方程（1）光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是_________的，每一份叫做一个光子。
光子的能量为ε=hν，其中h是普朗克常量，其值为__________。
（2）光电效应方程：E k=hν–W0。
其中hν为入射光的能量，E k为光电子的最大初动能，W0是金属的________。
4．遏止电压与截止频率（1）遏止电压：使光电流减小到_________的反向电压U c。
（2）截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的_________（又叫极限频率）。
不同的金属对应着不同的极限频率。
（3）逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的__________。
光电效应频率频率瞬时强度一份一份 6.63×10–34 J·s 逸出功零截止频率逸出功二、课堂突破两条线索（1）通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。
（2）通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大。
图线形状与入射光频①极限频率：图线与ν②逸出功：值③普朗克常量：图线的斜率颜色相同、强度不同的光， ①遏止电压②饱和光电流③最大初动能：颜色不同时，光电流与电①遏止电压②饱和光电流③最大初动能与入射光频率①截止频率②遏止电压增大③普朗克常量子电量的乘积，即极之间接反向电压）0A ．当换用频率为ν1（ν1<ν0）的光照射阴极 K 时，电路中一定没有光电流B ．当换用频率为ν2（ν2>ν0）的光照射阴极K 时，电路中一定有光电流C ．当增大电路中电的电压时，电路中的光电流一定增大D ．当将电极性反接时，电路中一定没有光电流产生参考答案：BA 、当换用频率为ν1（ν1＜ν0）的光照射阴极K 时，入射光的频率可能大于金属的极限频率，发生光电效应，电路中可能有光电流．故A 错误．B 、频率为ν0的光照射到阴极K 上时，电路中有光电流，知发生了光电效应，当换用频率为ν2 （ν2＞ν0）的光照射阴极K 时，一定能发生光电效应，一定有光电流．故B 正确．C 、增大电源电源，电路中的光电流可能达到饱和值，保持不变．故C 错误．D 、将电源的极性反接，电子做减速运动，可能能到达阳极A ，电路中可能有光电流．故D 错误 故选：B ．三、巩固训练1．某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示。
高中物理第十七章波粒二象性2光的粒子性同步备课学案新人教版选修3_5
高中物理第十七章波粒二象性2光的粒子性同步备课学案新人教版选修3_5[目标定位] 1.了解光电效应及其实验规律.2.知道爱因斯坦光电效应方程及其应用.3.了解康普顿效应及其意义．一、光电效应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．【深度思考】如图1，把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开．用紫外线灯照射锌板，这时，验电器指针有什么变化，这个现象说明了什么？若开始锌板不带电，用紫外线灯照射时，验电器指针又会有什么变化？图1答案可以看到验电器指针张开的角度变小，说明锌板失去了电子．光电效应的本质是逸出了电子，所以当锌板不带电，用紫外线灯照射时，可看到验电器指针张开一个角度，这时锌板和验电器都带正电．【例1】(多选)如图2所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )图2A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．使验电器指针发生偏转的是正电荷解析将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电．这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项A、D正确．红光不能使锌板发生光电效应．答案AD 能否发生光电效应取决于入射光的频率是否大于或等于极限频率，与入射光的强度无关．二、光电效应的实验规律1．存在着饱和电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．2．存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应．3．光电效应具有瞬时性：光电效应中产生电流的时间不超过10－9s.【深度思考】如图3是光电效应实验中得到的光电流与电压的关系图象，从图象中可以得到哪些结论？图3答案(1)饱和电流和入射光强度的关系．入射光越强，饱和电流越大．因为光越强，包含的光子数越多，照射金属时形成的光电子越多，形成的饱和电流就越大．(2)遏止电压(或截止频率)与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关．入射光的频率越大，遏止电压越大，光电子逸出时的最大初动能越大．【例2】入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( ) A．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能将减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D．有可能不发生光电效应解析发生光电效应几乎是瞬时的，选项A错误．入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少；频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误．入射光子的数目减少，逸出的光电子数目也减少，故选项C正确．入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D错误．答案C 1．能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关．2．发生光电效应时，产生的光电子数与入射光的频率无关，与入射光的强度有关．3．逸出功对应金属的极限频率，由波速公式可知，逸出功还对应极限波长．针对训练1 (多选)如图4所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是( )图4B．入射光波长太长A．入射光太弱D．电源正负极接反C．光照时间短答案BD 解析光电管能否产生光电效应与入射光的强度没有关系；若入射光波长太长，频率低于截止频率，不能产生光电效应，B正确；光电管能否产生光电效应与光照时间没有关系；电源正负极接反时，光电管加上反向电压，若电压超过了遏止电压，也没有光电流．三、爱因斯坦的光电效应方程1．光子说光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频率为ν的光的能量子为 hν.2．爱因斯坦光电效应方程的表达式＋W0Ek＝hν＝W0.－hν或Ek3．逸出功W0：电子从金属中逸出需要克服束缚而消耗的能量的最小值．光电效应中，从金属表面逸出的电子消耗能量最少．4．光电效应方程的理解(1)光电效应方程实质上是能量守恒方程能量为E＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0.(2)光电效应方程包含了产生光电效应的条件若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于等于零，即Ek＝hν－W0＞0，亦即hν＞W0，ν＞＝νc，而νc＝恰好是光电效应的截止频率．(3)Ekm－ν曲线图5如图5所示是光电子最大初动能Ekm随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．【深度思考】光电效应方程给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系，而遏制电压Uc与最大初动能也有关，你能根据所学推导出Uc与ν和W0的关系吗？答案由光电效应方程Ek＝hν－W0，而遏制电压Uc与最大初动能的关系为eUc＝Ek，所以得Uc与入射光频率ν的关系是：eUc＝hν－W0，即Uc＝－.【例3】如图6所示，当开关K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为( )图6B．0.6 eVA．1.9 eVD．3.1 eVC．2.5 eV解析由题意知光电子的最大初动能为Ek＝eUc＝0.6 eV所以根据光电效应方程Ek＝hν－W0可得W0＝hν－Ek＝(2.5－0.6)eV＝1.9 eV答案A 1．逸出功W0对应着某一极限频率νc，即W0＝hνc，只有入射光的频率ν≥νc时才有光电子逸出，即才能发生光电效应．2．对于某一金属(νc一定)，入射光的频率决定着能否产生光电效应及光电子的最大初动能，而与入射光的强度无关．针对训练2 (多选)如图7所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，由图象可知( )图7A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hνc C．入射光的频率为νc时，产生的光电子的最大初动能为E D．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为2E答案AB解析题中图象反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，知当入射光的频率恰为该金属的截止频率νc时，光电子的最大初动能Ek＝0，此时有hνc＝W0，即该金属的逸出功等于hνc，选项B正确；根据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A正确，选项C、D错误．四、康普顿效应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除了具有能量之外还具有动量，深刻揭示了光的粒子性的一面．3．光子的动量表达式：p＝.1. (光电效应现象)在用如图8所示装置做光电效应实验中，当紫外线照射锌板时，发现原本闭合的验电器指针发生了明显的偏转中，则此时( )图8A．验电器的金属球不带电B．验电器的金属指针带正电C．锌板被紫外线照射到的一面带负电D．锌板未被紫外线照射到的一面带负电答案B 解析用弧光灯发出的紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，则验电器的金属球和金属指针带正电，故B正确，A、C、D错误．2．(光电效应规律)关于光电效应，下列说法正确的是( ) A．当入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．光电效应现象中存在极限频率，导致含有光电管的电路存在饱和电流D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多答案A 解析光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率，与入射光的强度无关，饱和电流的大小与极限频率无关，与入射光的强度有关；入射光的光强一定时，频率越高，光子的能量值越大，入射光中光子的数目越少，单位时间内逸出的光电子数就越少．3．(光电效应规律)某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是( )B．增大光的强度A．延长光照时间D．换用频率较低的光照射C．换用波长较短的光照射答案C 解析光照射金属时能否产生光电效应，取决于入射光的频率是否大于金属的截止频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A、B、D错误；又因ν＝，所以选项C正确．4．(光电效应方程的理解与应用)(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大答案AD 解析增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项A正确；光电效应能否发生与照射光频率有关，与照射光强度无关，选项B错误；改用频率较小的光照射时，如果光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，否则，不能发生光电效应，选项C错误；光电子的最大初动能Ek＝hν－W0，故改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大，选项D正确．5．分别用波长为λ和λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为( )A. B. C. D.2hλc答案A解析根据光电效应方程得Ek1＝h－W0①Ek2＝h－W0②又Ek2＝2Ek1③联立①②③得W0＝，A正确.题组一光电效应的现象及规律1．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时( )A．锌板带负电B．有正离子从锌板逸出C．有电子从锌板逸出D．锌板会吸附空气中的正离子答案C 解析当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C正确，A、B、D错误．2. (多选)在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连，用弧光灯(紫外线)照射锌板时，静电计的指针就张开一个角度，如图1所示，这时( )图1A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．若用黄光照射锌板，则可能不产生光电效应现象D．若用红光照射锌板，则锌板能发射光电子答案BC 解析锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，故锌板带正电，指针上的部分电子被吸引到锌板上发生中和，使指针带正电，B对，A错；红光和黄光的频率都小于紫外线的频率，都可能不产生光电效应，C对，D错．3．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则( ) A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了答案A 解析光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；若再减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确．4．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( ) A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生B．光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比C．发生光电效应的时间一般都大于10－7 s D．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比答案D 解析由ε＝hν＝h知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，A错；由Ek＝hν－W0知，最大初动能由入射光频率决定，与入射光的强度无关，B错；发生光电效应的时间一般不超过10－9 s，C错．5.如图2，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则( )图2A．电源右端应为正极B．流过电流表G的电流大小取决于照射光的频率C．流过电流表G的电流方向是a流向bD．普朗克解释了光电效应并提出光子能量E＝hν答案C 解析发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流表G的电流方向是a 流向b；光电管两端可能是正向电压也可能是反向电压，所以电源右端可能为正极，也可能为负极；流过电流表G的电流大小取决于照射光的强度，与光的频率无关；爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量E＝hν.题组二光电效应方程的应用相关图象问题6．某金属的逸出功为2.3 eV，这意味着( ) A．这种金属内部的电子克服原子核引力做 2.3 eV的功即可脱离金属表面B．这种金属表层的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离金属表面C．要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量必须大于2.3 eV D．这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3 eV答案B 解析逸出功是指原子的最外层电子脱离原子核克服引力所做的功．7．(多选)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为νc，则( ) A．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνc C．当入射光的频率ν大于νc时，若ν增大，则逸出功增大D．当入射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍答案AB 解析因入射光的频率大于极限频率时会产生光电效应，所以A正确；因为金属的极限频率为νc，所以逸出功W0＝hνc，再由Ek＝hν－W0得，Ek＝2hνc－hνc＝hνc，B正确；因为逸出功是光电子恰好逸出时需要做的功，对于同种金属是恒定的，故C错误；由Ek＝hν－W0＝hν－hνc＝h(ν－νc)可得，当ν增大一倍时：＝≠2，故D错误．8.研究光电效应的电路如图3所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是( )图3答案C 解析用频率相同的光照射同一金属时，发射出的光电子的最大初动能相同，所以遏止电压相同；饱和电流与光的强度有关，光的强度越大，饱和电流越大，故选项C正确．9．用不同频率的光分别照射钨和锌，产生光电效应，根据实验可画出光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek－ν图线．已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功为3.34 eV，若将二者的图线画在同一个Ek－ν坐标系中，则正确的图是( )答案A 解析根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ek－ν图象的斜率为普朗克常量h，因此图中两线应平行，故C、D错误；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子动能为零)时的入射光频率即极限频率．由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的入射光的频率越高，所以能使金属锌发生光电效应的极限频率更高，所以A正确，B错误．10. (多选)金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图象如图4所示．则由图象可知( )图4A．该金属的逸出功等于hνcB．入射光的频率发生变化时，遏止电压不变C．若已知电子电荷量e，就可以求出普朗克常量h D．入射光的频率为3νc时，产生的光电子的最大初动能为2hνc答案ACD 解析当遏止电压为零时，最大初动能为零，W0＝hν c.根据光电效应方程Ekm＝hν－W0和eUc＝Ekm得，Uc＝－，当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率成线性关系．由Uc＝－，知图线的斜率等于，从图象上可以得出斜率的大小，已知电子电量，可以求出普朗克常量；从图象上可知，逸出功W0＝hνc.根据光电效应方程，Ekm＝hν－W0＝hν－hνc.若入射光的频率为3νc时，产生的光电子的最大初动能为2hν c.题组三综合应用11．(多选)下列对光子的认识，正确的是( )A．光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的粒子B．光子说中的光子就是光电效应中的光电子C．在空间中传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光量子，简称光子D．光子的能量跟光的频率成正比答案CD 解析根据光子说，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光量子，简称光子，而牛顿的微粒说中的微粒指的是宏观世界的微小颗粒，光电效应中的光电子指的是金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚，逸出金属表面的粒子，故A、B选项错误，C选项正确；由ε＝hν知，光子能量ε与其频率ν成正比，故D选项正确．12．如图5甲所示为研究光电效应的电路图．甲乙图5(1)对于某金属用紫外线照射时，电流表指针发生偏转．将滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能________(选填“减小”或“增大”)．如果改用频率略低的紫光照射，电流表________(选填“一定”、“可能”或“一定没”)有示数．(2)当用光子能量为 5 eV的光照射时，测得电流计上的示数随电压变化的图象如图乙所示．则光电子的最大初动能为________J，金属的逸出功为________J.答案(1)减小可能(2)3.2×10－19 4.8×10－19解析(1)AK间所加的电压为正向电压，光电子在光电管中加速，滑动变阻器滑片向右移动的过程中，若光电流达到饱和，则电流表示数不变，若光电流没达到饱和电流，则电流表示数增大，所以滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能减小．紫光的频率小于紫外线，紫外线照射能发生光电效应，紫光照射不一定能发生光电效应．所以电流表可能有示数．(2)由题图乙可知，当该装置所加的电压为反向电压，当电压是－2 V时，电流表示数为0，得光电子的最大初动能为 2 eV，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得W0＝3 eV＝4.8×10－19 J. 13．铝的逸出功为 4.2 eV，现用波长为200 nm的光照射铝的表面．已知h＝6.63×10－34 J·s，求：(1)光电子的最大初动能；(2)遏止电压；(3)铝的截止频率．答案(1)3.225×10－19 J (2)2.016 V(3)1.014×1015 Hz解析(1)根据光电效应方程Ek＝hν－W0有Ek＝－W0＝ J－4.2×1.6×10－19 J＝3.225×10－19 J(2)由Ek＝eUc可得Uc＝＝V≈2.016 V.(3)hνc＝W0知νc＝＝Hz≈1.014×1015 Hz.。
人教版高中物理选修(3-5)-17.2《光的粒子性》参考教案
光的粒子性一、教学目标1、知识与技能（1）光电效应现象具有哪些规律．（2）人们研究光电效应现象的目的性．（3）爱因斯坦的光子说对光电效应现象的解释．2、过程与方法(1)观察用紫外线灯照射锌板的实验，分析现象产生的原因．(2)观察光电效应演示仪的实验过程，掌握分析现象所得到的结论．3、态度、情感、价值观结合物理学发展史使学生了解到科学理论的建立过程，渗透科学研究方法的教育．二、教学重点与难点分析：（1）光电效应现象的基本规律、光子说的基本思想和做好光电效应的演示实验是本节课的重点(2)发生光电效应时光电流的强度为什么跟光电子的最大初动能无关，只与入射光的强度成正比．三、教学过程：1、什么是光电效应现象？什么是光电子？什么是光电流？在光（包括不可见光）的照射下从物体发射出电子的现象叫做光电效应现象。
发射出的电子叫做光电子。
由于光电子而导致的回路电流叫光电流。
例1、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连.用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图5-1所示.这时( )A.锌板带正电，指针带负电B.锌板带正电，指针带正电C.锌板带负电，指针带正电D.锌板带负电，指针带负电例2、光电效应实验的装置如图5-4所示，则下列说法中正确的是()A.用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转B.用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C.锌板带的是负电荷D.使验电器指针发生偏转的是正电荷例3、在图5-6所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A 单色照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B 单色光照射时不发生光电效应，那么( )A.A 光的频率大于B 光的频率B.B 光的频率大于A 光的频率C.用A 光照射光电管时流过电流表G 的电流方向是a 流向bD.用A 光照射光电管时流过电流表G 的电流方向是b 流向a2、光电效应有那些规律？实验研究：向学生介绍光电效应演示仪．在黑板上画一示意图，如图所示．S 为抽成真空的光电管，C 是石英窗口，光线可通过它照射到金属板K 上，金属板A 和K 组成一对电极与外部电路相连接．光源为白炽灯，在光源和石英窗口C 之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节．观察现象一：在没有光照射K 时，电压表有示数，电流表没有示数，说明什么？观察现象二：保持AK 间电压一定，灯泡亮度一定，在窗口 C 前依次放上红色、橙色、绿色滤光片，观察到红光照射金属板K 时没有光电流，橙光和绿光照射时有光电流．用红光照射时改变入射光的亮度和改变电场电压都不发生光电效应．观察现象三：逐渐减小KA 间的正向电压，直到电压为零时，电流表仍有示数，说明光电流依然存在．如果在KA 间加一反向电压，则光电流变小，增大反向电压，使光电流刚好为零．实验结论：（1）金属表面被光照射可在10-9s 的时间内打出光电子，即光电效应几乎是瞬间发生的。
物理：新人教版选修3-5 17.2科学的转折：光的粒子性(教案)
第十七章波粒二象性新课标要求1．内容标准（1）了解微观世界中的量子化现象，比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识，（2）通过实验了解光电效应，知道爱因斯坦光电效应方程以及意义，（3）了解康普顿效应，（4）根据实验说明光的波粒二象性，知道光是一种概率波，（5）知道实物粒子具有波动性，知道电子云，初步了解不确定性关系，（6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性，体会人类对世界的探究是不断深入的，例 1 通过电子衍射实验,初步了解微观粒子的波粒二象性,体会人类对于物质世界认识的不断深入，2．活动建议阅读有关微观世界的科普读物,写出读书体会，新课程学习17．2 科学的转折：光的粒子性★新课标要求（一）知识与技能1．通过实验了解光电效应的实验规律，2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义，3．了解康普顿效应,了解光子的动量（二）过程与方法经历科学探究过程,认识科学探究的意义,尝试应用科学探究的方法研究物理问题,验证物理规律，（三）情感、态度与价值观领略自然界的奇妙与和谐,发展对科学的好奇心与求知欲,乐于探究自然界的奥秘,能体验探索自然规律的艰辛与喜悦，★教学重点光电效应的实验规律★教学难点爱因斯坦光电效应方程以及意义★教学方法教师启发、引导,学生讨论、交流，★教学用具：投影片,多媒体辅助教学设备★课时安排2 课时★教学过程（一）引入新课提问：回顾前面的学习,总结人类对光的本性的认识的发展过程？（多媒体投影,见课件，）学生回顾、思考,并回答，教师倾听、点评，光的干涉、衍射现象说明光是电磁波,光的偏振现象进一步说明光还是横波，19世纪60年代,麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质，然而,出人意料的是,正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候,又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象，对这一现象及其他相关问题的研究,使得人们对光的又一本质性认识得到了发展，（二）进行新课1．光电效应教师：实验演示，（课件辅助讲述）用弧光灯照射擦得很亮的锌板,(注意用导线与不带电的验电器相连）,使验电器张角增大到约为30度时,再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板,则验电器的指针张角会变大，学生：认真观察实验，教师提问：上述实验说明了什么？学生：表明锌板在射线照射下失去电子而带正电，概念：在光(包括不可见光)的照射下,从物体发射电子的现象叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子，2．光电效应的实验规律（1）光电效应实验如图所示,光线经石英窗照在阴极上,便有电子逸出----光电子，光电子在电场作用下形成光电流，概念：遏止电压将换向开关反接,电场反向,则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用，当 K 、A 间加反向电压,光电子克服电场力作功,当电压达到某一值 U c 时,光电流恰为0， U c 称遏止电压，根据动能定理,有 （2）光电效应实验规律① 光电流与光强的关系饱和光电流强度与入射光强度成正比，② 截止频率νc ----极限频率对于每种金属材料,都相应的有一确定的截止频率νc ，当入射光频率ν>νc 时,电子才能逸出金属表面；当入射光频率ν <νc 时,无论光强多大也无电子逸出金属表面，③ 光电效应是瞬时的，从光开始照射到光电子逸出所需时间<10-9s ，3．光电效应解释中的疑难经典理论无法解释光电效应的实验结果，经典理论认为,按照经典电磁理论,入射光的光强越大,光波的电场强度的振幅也越大,作用在金属中电子上的力也就越大,光电子逸出的能量也应该越大，也就是说,光电子的能量应该随着光强度的增加而增大,不应该与入射光的频率有关,更不应该有什么截止频率，光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关,光电子初动能也与频率有关，只要频率高于极限频率,即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时,无论光强再大也没有光电流，光电效应具有瞬时性，而经典认为光能量分布在波面上,吸收能量要时间,即需能量的积累过程，为了解释光电效应,爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论,提出了光量子假设，4．爱因斯坦的光量子假设（1）内容光不仅在发射和吸收时以能量为h ν的微粒形式出现,而且在空间传播时也是如此，也就是说,频率为ν 的光是由大量能量为 E =h ν的光子组成的粒子流,这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动，（2）爱因斯坦光电效应方程在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量,一部分消耗在电子逸出功W 0,另一部分变为光电子逸出后的动能 E k ，由能量守恒可得出：W 0为电子逸出金属表面所需做的功,称为逸出功W k 为光电子的最大初动能，（3）爱因斯坦对光电效应的解释：①光强大,光子数多,释放的光电子也多,所以光电流也大，②电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出,所以不需时间的累积， ③从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系221c e v m ceU =0W E h k +=ν④从光电效应方程中,当初动能为零时,可得极限频率：hW c 0=ν 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应,但当时并未被物理学家们广泛承认,因为它完全违背了光的波动理论，5．光电效应理论的验证美国物理学家密立根,花了十年时间做了“光电效应”实验,结果在1915年证实了爱因斯坦光电效应方程,h 的值与理论值完全一致,又一次证明了“光量子”理论的正确，展示演示文稿资料：爱因斯坦和密立根由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖，密立根由于研究基本电荷和光电效应,特别是通过著名的油滴实验,证明电荷有最小单位，获得1923年诺贝尔物理学奖，点评：应用物理学家的历史资料,不仅有真实感,增强了说服力,同时也能对学生进行发放教育,有利于培养学生的科学态度和科学精神,激发学生的探索精神， 例题 （教材36页）学生通过运算得出相应的正确结果，点评：理论联系实际,适量的练习题可以进一步巩固和掌握所学理论知识， 6．光电效应在近代技术中的应用（1）光控继电器可以用于自动控制,自动计数、自动报警、自动跟踪等，（2）光电倍增管可对微弱光线进行放大,可使光电流放大105~108倍,灵敏度高,用在工程、天文、科研、军事等方面，7．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,这种现象叫做光的散射，（2）康普顿效应1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时,发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外,还有比入射线波长更长的射线,其波长的改变量与散射角有关,而与入射线波长 和散射物质都无关，（3）康普顿散射的实验装置与规律：按经典电磁理论：如果入射X 光是某种波长的电磁波,散射光的波长是不会改变的！ 散射中出现0λλ≠的现象,称为康普顿散射，康普顿散射曲线的特点：① 除原波长0λ外出现了移向长波方向的新的散射波长λ② 新波长λ随散射角的增大而增大，波长的偏移为0λλλ-=∆波长的偏移只与散射角ϕ有关,而与散射物质种类及入射的X 射线的波长0λ无关,)cos 1(0ϕλλλλ-=-=∆c c λ = 0.0241Å=2.41×10-3nm （实验值）称为电子的Compton 波长只有当入射波长0λ与c λ可比拟时,康普顿效应才显著,因此要用X 射线才能观察到康普顿散射,用可见光观察不到康普顿散射，（4）经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难①根据经典电磁波理论,当电磁波通过物质时,物质中带电粒子将作受迫振动,其频率等于入射光频率,所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率，②无法解释波长改变和散射角的关系，（5）光子理论对康普顿效应的解释①若光子和外层电子相碰撞,光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少,于是散射光的波长大于入射光的波长， ②若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞,光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量,根据碰撞理论, 碰撞前后光子能量几乎不变,波长不变，③因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关,所以波长改变和散射角有关，（6）康普顿散射实验的意义①有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设； ②首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；③证实了在微观世界的单个碰撞事件中,动量和能量守恒定律仍然是成立的，展示演示文稿资料：康普顿康普顿的成功也不是一帆风顺的,在他早期的几篇论文中,一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒,后来才认识到还要用动量守恒，康普顿于1927年获诺贝尔物理奖，展示演示文稿资料：吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年,吴有训参加了发现康普顿效应的研究工作.1925—1926年,吴有训用银的X 射线(0λ=5.62nm) 为入射线,以15种轻重不同的元素为散射物质,在同一散射角( ︒=120ϕ)测量各种波长的散射光强度,作了大量X 射线散射实验，对证实康普顿效应作出了重要贡献，点评：应用物理学家的历史资料,不仅有真实感,增强了说服力,同时也能对学生进行发放教育,有利于培养学生的科学态度和科学精神,激发学生的探索精神，（7）光子的能量和动量说明：动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的（三）课堂小结教师活动：让学生概括总结本节的内容，请一个同学到黑板上总结,其他同学在笔记本上总结,然后请同学评价黑板上的小结内容，学生活动：认真总结概括本节内容,并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结,看谁的更好,好在什么地方，点评：总结课堂内容,培养学生概括总结能力，教师要放开,让学生自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们自己的知识框架，（四）作业：“问题与练习”1～6题，★教学体会思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木，学生素质的培养就成了镜中花,水中月，2mc E =Θλννh c h c c h mc P ==•==∴2νh E =2c h m ν=∴。
高中物理第十七章波粒二象性第2节光的粒子性学案新人教版选修3-5(1)(new)
2 光的粒子性课堂合作探究问题导学一、光电效应现象活动与探究11．光子与光电子是同一种物质吗？2．光电子的动能与光电子的最大初动能的区别是什么？3．什么是光电流和饱和光电流?4．波动理论在解释光电效应时，碰到了怎样的困难？迁移与应用1如图所示，电路中所有元件完好,但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过,其原因可能是（）A．入射光太弱B．入射光波长太长C．光照时间短D．电源正负极接反光电效应实验规律可理解记忆：“放(放出光电子）不放，看光频（入射光的截止频率)；放多少(光电子),看光强（入射光的光强与光子数成正比）;（光电子的）最大初动能大小，看（入射光的）频率;要放瞬时放.”二、光电效应现象的解释活动与探究21．光电效应方程的实质是什么？2．对光电效应方程E k＝hν－W0,你是如何理解的？3．如何理解光电效应规律中的两个关系?4．光子说是如何正确解释光电效应的?迁移与应用2已知能使某金属产生光电效应的截止频率为νc,则下列说法正确的是( ）A．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B．当用频率为2νc的单色光照射该金属时,所产生的光电子的最大初动能为hνcC．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大，则逸出功增大D．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍光电效应的理解应从以下几点入手：1．逸出功和截止频率均由金属本身决定，与其他因素无关，两者的关系是W0＝hνc;2．光的强度决定了单位时间内逸出的光电子数目；3．逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系.三、康普顿效应活动与探究31．光子说是如何对康普顿效应进行解释的？2．对比光电效应与康普顿效应，你发现了什么？迁移与应用3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。
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．频率不变C．光子能量变大 D．波长变长在康普顿效应中，入射光子的能量总是大于等于散射光子的能量。
高三物理选修3-5第十七章波粒二象性第二节光的粒子性导学案设计
高三物理选修3-5第十七章波粒二象性第二节光的粒子性导学案【教学目标】1．了解光电效应及其实验规律，感受以实验为基础的科学研究方法。
2．知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，感受科学家在面对科学疑难时的创新精神。
3．了解康普顿效应及其意义。
【教学重点】光电效应的实验规律。
【教学难点】爱因斯坦光电效应方程以及意义。
【自主学习】知识点一：光电效应的实验规律1．演示实验：把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。
用紫外线灯照射锌板如图所示，观察验电器指针的变化。
2．当光线照射在金属表面时，能使金属中的电子从表面逸出。
这个现象称为，逸出的电子称为。
3．可以用如图所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量间的关系。
阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K在受到光照时能够发射光电子。
K与A之间电压的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。
电源按图示极性连接时，阳极A吸收阴极K发出的光电子，在电路中形成光电流。
4．存在着饱和电流（1）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。
也就是说，在电流较小时电流随着电压的增大而增大；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会增大了，如图所示。
（2）这说明，在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发出的光电子的数目是一定的，电压增加到一定值时所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。
（3）实验表明，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。
这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
5．存在着遏止电压和截止频率（1）当所加电压U为0时，电流I并不为0。
只有施加反向电压，也就是阴极接电源正极，阳极接电源负极，在光电管两级间形成使电子减速的电场，电流才有可能为0。
使光电流减小到0的反向电压Uc称为。
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应该满足关系为m e v c2=eU c（2）实验表明，对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。
人教版高中物理选修3-5第17章波粒二象性17.2光的粒子性 导学案(无答案)
高二物理学案（理科）编写人：审核人：编号： 020 2020-5-12§17.2光的粒子性班级：小组：姓名：【学习目标】1.知道光电效应,通过实验了解光电效应实验规律。
2.了解爱因斯坦光子说,并能够用它来解释光电效应现象。
3.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义,并能利用它解决一些简单问题。
【学习重点】光电效应现象光电流与光电压的关系遏止电压逸出功截止频率光子光电效应方程【学习难点】光电流与光电压的关系光电效应方程【预学】1．哪位科学家在1900年把什么引入物理学，从而破除了“能量连续变化”的传统观念。
你能简单表述一下这位科学家的观点呢？2.对于光的本性的讨论，从19世纪初开始哪一种观点得到了多数人的支持？为什么？你支持哪一方呢？3.按照经典的电磁理论，光是一种连续的波动，让光照射到金属表面会被吸收会使金属温度发生什么变化呢？金属表面的电子有没有可能跑出来呢？【研学+展学+点学】1.光的本性：你能简单回顾一下人类对光的本性的认识过程吗？2.光电效应现象：观察演示实验并回答问题照射锌板的光源现象说明的问题白光紫外线思考讨论:若开始时锌板不带电，用紫外光照射后，锌板应该带正电还是负电，为什么呢？〔小结1〕光电效应现象：3.光电效应的实验规律（1）光电效应中被击出电子的运动情况如何？（2）如何让射出的电子定向移动形成光电流呢？请画出你设计的原理图。
（3）猜想一下：形成的光电流与入射光的哪些因素有关呢？（4）光电效应实验中有哪些实验规律呢？能完全用光的波动理论解释吗？（5）什么是遏止电压？同种颜色的色光遏止电压相同吗？不同颜色的色光遏止电压相同吗？这能说明什么问题呢？〔小结3〕右面方框中画出光电流与电压的关系的图象：（6）什么是逸出功？什么是截止频率？二者之间有何关系？4. 光的波动理论能否全面解释光电效应现象呢？能不能完全否定光的波动理论呢？5.光电效应方程：光电效应的发生机理你可能不清楚，但是它是否违反我们已知的一些守恒定律呢？光电效应中的涉及的能量有哪些形式？这些能量是如何变化的呢？它们之间的关系如何呢？〔小结4〕爱因斯坦的光电效应方程：【固学】1．可见光中哪种色光的光子能量最大，哪种最小？如何表示光子的能量？金属A在一束绿光的照射下恰能发生光电效应，现用紫光或红光照射时，能否发生光电效应？紫光照射A、B两种金属都能发生光电效应时，为什么逸出金属表面的光电子的速度大小不同？2.用频率为ν的单色光照射金属时，逸出光电子的最大初动能为E K，其遏止电压是多少？若用频率为2ν的单色光照射该金属，则逸出光电子的最大初动能为多少？【本章知识网络构建】。
17.2 光的粒子性 高中物理选修3-5优秀教案优秀教学设计【精品】 (4)
2光的粒子性一、教学目标1．应该掌握的知识方面．(1)光电效应现象具有哪些规律．(2)人们研究光电效应现象的目的性．(3)爱因斯坦的光子说对光电效应现象的解释．2．培养学生分析实验现象，推理和判断的能力方面．(1)观察用紫外线灯照射锌板的实验，分析现象产生的原因．(2)观察光电效应演示仪的实验过程，掌握分析现象所得到的结论．3．结合物理学发展史使学生了解到科学理论的建立过程，渗透科学研究方法的教育．二、重点、难点分析1．光电效应现象的基本规律、光子说的基本思想和做好光电效应的演示实验是本节课的重点．2．难点是(1)对光的强度的理解，(2)发生光电效应时光电流的强度为什么跟光电子的最大初动能无关，只与入射光的强度成正比．三、教具锌板、验电器、紫外线灯、白炽灯、丝绸、玻璃棒、光电效应演示仪．四、教学过程(一)新课的引入光的波动理论学说虽然取得了很大的成功，但并未达到十分完美的程度．光的有些现象波动说遇到了很大的困难，请观察光电效应现象．(二)教学过程的设计1．演示实验．将锌板与验电器用导线连接，用细砂纸打磨锌板表面．把丝绸摩擦过的玻璃棒放在锌板附近，用紫外线灯照射锌板．边演示边提问：紫外线灯打开前后，验电器指针有什么变化？这一现象说明了什么问题？引导学生分析并得出结论：光线照射金属表面，金属失去了电子导致验电器指针张开一角度．明确指出光电效应是光照射金属表面，使物体发射电子的现象．照射的光可以是可见光，也可以是不可见光．发射出的电子叫光电子．说明：这个实验如果按照课本上的装置进行效果很不理想，因为紫外线照射锌板飞出电子时锌板带正电，在锌板附近形成电场又将电子吸附回去．锌板电势升到很小的值就使逸出和返回的电子达到动态平衡，很难使验电器指针明显地张开．2．进一步研究光电效应．以上实验改用很强的白炽灯照射，却不能发生光电效应．向学生提出问题：光电效应的发生一定是有条件的，存在着一定规律．有什么规律呢？让我们进一步研究．向学生介绍光电效应演示仪．在黑板上画一示意图，如图所示．S为抽成真空的光电管，C是石英窗口，光线可通过它照射到金属板K上，金属板A和K组成一对电极与外部电路相连接．光源为白炽灯，在光源和石英窗口C之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节．观察现象一：在没有光照射K 时，电压表 有示数，电流表没有示数，说明什么？明确：AK 之间有电场存在，但没有光电子逸出，说明没有发生光电效应．提出问题：要发生光电效应，是不是用任何频率的光线照射都行？是不是弱光线不行，只要光的强度足够大就行？是不是只要有足够大的电场电压就行？观察现象二：保持AK 间电压一定，灯泡亮度一定，在窗口 C 前依次放上红色、橙色、绿色滤光片，观察到红光照射金属板K 时没有光电流，橙光和绿光照射时有光电流．用红光照射时改变入射光的亮度和改变电场电压都不发生光电效应．让学生考虑原因．结论一：入射光线的频率大于等于该金属的极限频率υ0才能产生光电效应．观察现象三：逐渐减小KA 间的正向电压，直到电压为零时，电流表仍有示数，说明光电流依然存在．如果在KA 间加一反向电压，则光电流变小，增大反向电压，使光电流刚好为零．提出问题：为什么KA 间没有电场，仍然有光电流？也就是说仍然有光电子从K 极板飞向A 极板呢？在KA 间加反向电压，光电子在电场中受力方向如何？电场力对光电子做正功还是负功？光电子克服电场力做功和它的动能变化关系如何呢？根据学生回答的问题引导分析：KA 间没有电场仍有光电流说明光线照射金属板逸出的光电子具有一定的动能，一部分光电子可以到达极板A 形成光电流．金属中的电子吸收光的能量获得动能，只有达到某一值 U c 时，光电流恰为0。
2017_2018学年高中物理第17章波粒二象性2光的粒子性学案新人教版选修3_5
2 光的粒子性[学习目标] 1.了解光电效应及其实验规律，以及光电效应与电磁理论的矛盾.2.知道爱因斯坦光电效应方程及应用.3.了解康普顿效应及其意义，了解光子的动量．一、光电效应及其实验规律[导学探究] 如图1所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯发射紫外线)．图1(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象为_____________________________________________，说明________________________________________________________________________．(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象为________________________________________________________________________，说明________________________________________________________________________．(3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象为________________________________________________________________________，说明________________________________________________________________________．答案(1)验电器指针偏角张开锌板带电了．弧光灯发出的紫外线照射到锌板上，在锌板表面发射出光电子，从而使锌板带上了正电(2)指针偏角明显减小锌板产生光电效应是光中紫外线照射的结果而不是可见光(3)观察不到指针的偏转可见光不能使锌板发生光电效应[知识梳理]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)存在着饱和电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．(2)存在着遏止电压和截止频率：入射光的频率低于截止频率时不能(填“能”或“不能”)发生光电效应．(3)光电效应具有瞬时性：光电效应中产生电流的时间不超过10－9s.4．逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W0表示，不同金属的逸出功不同．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)光电效应中“光”指的是可见光．( ×)(2)能否发生光电效应，取决于光的强度．( ×)(3)光电子不是光子．( √)(4)逸出功的大小与入射光无关．( √)二、爱因斯坦的光电效应方程[导学探究] 用如图2所示的装置研究光电效应现象．所用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表的示数不为零；移动滑动变阻器的滑动触头，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为0.图2(1)光电子的最大初动能是多少？遏止电压为多少？(2)光电管阴极的逸出功又是多少？(3)当滑动触头向a端滑动时，光电流变大还是变小？(4)当入射光的频率增大时，光电子最大初动能如何变化？遏止电压呢？答案(1)1.7 eV 1.7 V(2)W0＝hν－E km＝2.75 eV－1.7 eV＝1.05 eV(3)变大(4)变大变大[知识梳理]1．光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν.其中h＝6.63×10－34J·s，称为普朗克常量．2．最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值．3．遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c.(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．4．光电效应方程(1)表达式：h ν＝E k ＋W 0或E k ＝h ν－W 0.(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量一部分用于克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能．(3)光电效应方程说明了产生光电效应的条件若有光电子逸出，则光电子的最大初动能必须大于零，即E k ＝h ν－W 0>0，亦即h ν>W 0，ν>W 0h ＝νc ，而νc ＝W 0h恰好是光电效应的截止频率．5．E k －ν曲线如图3所示是光电子最大初动能E k 随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是截止频率(或极限频率)；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．图3[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小．( × )(2)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比．( × )(3)入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多．( √ )(4)遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关．( √ )三、康普顿效应[导学探究] 太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的，为什么？ 答案 在地球上存在着大气，太阳光经大气中微粒散射后传向各个方向，而在太空中的真空环境下光不再散射只向前传播．[知识梳理]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，这种现象叫做光的散射．2．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．3．康普顿效应的意义 康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面．4．光子的动量(1)表达式：p＝hλ.(2)说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小．因此，有些光子散射后波长变大．[即学即用] 判断以下说法的正误．(1)光子的动量与波长成反比．( √)(2)光子发生散射后，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化．( ×)(3)有些光子发生散射后，其波长变大．( √)一、光电效应现象及其实验规律1．光电效应的实质：光现象转化为,电现象．2．光电效应中的光包括不可见光和可见光．3．光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子．4．能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关．5．发生光电效应时，产生的光电子数与入射光的频率无关，与入射光的强度有关．6．光电效应与光的电磁理论的矛盾按光的电磁理论，应有：(1)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．(2)不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电效应．(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于10－9 s.例1一验电器与锌板相连(如图4所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角．图4(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”“减小”或“不变”)．(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转．答案(1)减小(2)无解析(1)当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转．当带负电的金属小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小．(2)使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外线比黄光的频率还要低，更不可能使锌板发生光电效应．能否发生光电效应与入射光的强弱无关．例2入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( )A．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能将减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D．有可能不发生光电效应答案 C解析发生光电效应几乎是瞬时的，选项A错误．入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少；频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误．入射光子的数目减少，逸出的光电子数目也减少，故选项C正确．入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D错误．针对训练1 (多选)如图5所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过．其原因可能是( )图5A．入射光太弱B．入射光波长太长C．光照时间太短D．电源正、负极接反答案BD解析金属存在截止频率，超过截止频率的光照射金属时才会有光电子射出．射出的光电子的动能随频率的增大而增大，动能小时不能克服反向电压，也不会有光电流．入射光的频率低于截止频率，不能产生光电效应，与光照强弱无关，选项B正确，A错误；电路中电源正、负极接反，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，D正确；光电效应的产生与光照时间无关，C错误．二、光电效应方程的理解与应用1．光电效应方程实质上是能量守恒方程．(1)能量为ε＝h ν的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．(2)如果克服吸引力做功最少为W 0，则电子离开金属表面时动能最大为E k ，根据能量守恒定律可知：E k ＝h ν－W 0.2．光电效应规律中的两条线索、两个关系：(1)两条线索：(2)两个关系：光强→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．例3 在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为______．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为______．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 hcλ0 hc λ0－λe λ0λ解析 由光电效应方程知，光电子的最大初动能E k ＝h ν－W 0，其中金属的逸出功W 0＝h ν0，又由c ＝λν知W 0＝hc λ0，用波长为λ的单色光照射时，其E k ＝hc λ－hc λ0＝hc λ0－λλ0λ.又因为eU ＝E k ，所以遏止电压U ＝E k e ＝hc λ0－λe λ0λ. 例4 如图6所示，当开关K 断开时，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极P ，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V 时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.6 V 时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为( )图6A．1.9 eV B．0.6 eVC．2.5 eV D．3.1 eV答案 A解析由题意知光电子的最大初动能为E k＝eU c＝0.6 eV所以根据光电效应方程E k＝hν－W0可得W0＝hν－E k＝(2.5－0.6) eV＝1.9 eV.针对训练2 (多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是( )A．只增大入射光的频率，金属逸出功将减小B．只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将不变C．只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大D．只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短答案BC解析金属的逸出功由金属本身的构成决定，与入射光的频率无关，选项A错误；根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0可知，当金属的极限频率确定时，光电子的最大初动能取决于入射光的频率，与光照强度、照射时间、光子数目无关，选项B、C正确，D错误．1．逸出功W0对应着某一截止频率νc，即W0＝hνc，只有入射光的频率ν≥νc时才有光电子逸出，即才能发生光电效应．2．对于某一金属(νc一定)，入射光的频率决定着能否产生光电效应及光电子的最大初动能，而与入射光的强度无关．3．逸出功和截止频率均由金属本身决定，与其他因素无关．1．(多选)如图7所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )图7A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．使验电器指针发生偏转的是正电荷答案AD解析将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电．这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项A、D正确．红光不能使锌板发生光电效应．2．(多选)下列对光子的认识，正确的是( )A．光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的微粒B．光子说中的光子就是光电效应的光电子C．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子D．光子的能量跟光的频率成正比答案CD解析根据光子说，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子．而牛顿的“微粒说”中的微粒指宏观世界的微小颗粒．光电效应中，金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚，逸出金属表面，成为光电子，故A、B选项错误，C选项正确；由E＝hν知，光子能量E与其频率ν成正比，故D选项正确．3．利用光电管研究光电效应实验如图8所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则( )图8A．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过B．用红光照射，电流表一定无电流通过C．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变答案 D解析因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A 错误．因不知阴极K 的截止频率，所以用红光照射时，不一定发生光电效应，所以选项B 错误．即使U AK ＝0，电流表中也可能有电流通过，所以选项C 错误．当滑动触头向B 端滑动时，U AK 增大，阳极A 吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极A 时，电流达到最大，即饱和电流．若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大U AK ，光电流也不会增大，所以选项D 正确．4．几种金属的逸出功W 0见下表：用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应．已知该可见光的波长范围为4.0×10－7～7.6×10－7 m ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s. 答案 钠、钾、铷能发生光电效应解析 光子的能量E ＝hc λ，取λ＝4.0×10－7 m ，则E ≈5.0×10－19J ，根据E ＞W 0判断，钠、钾、铷能发生光电效应．一、选择题(1～8题为单选题，9～10题为多选题)1．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时( )A ．锌板带负电B ．有正离子从锌板逸出C ．有电子从锌板逸出D ．锌板会吸附空气中的正离子答案 C解析 当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C 正确，A 、B 、D 错误．2．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是( )A ．延长光照时间B ．增大光的强度C ．换用波长较短的光照射D ．换用频率较低的光照射答案 C解析光照射金属时能否产生光电效应，取决于入射光的频率是否大于等于金属的极限频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A、B、D均错误；又因ν＝cλ，所以选项C正确．3．如图1所示，在研究光电效应的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射光电管时不发生光电效应，则( )图1A．A光的强度大于B光的强度B．B光的频率大于A光的频率C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由a流向bD．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由b流向a答案 C解析根据产生光电效应的条件可知选项A、B均错误；电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反，故选项C正确，D错误．4．某金属的逸出功为2.3 eV，这意味着( )A．这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离表面B．这种金属表层的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离表面C．要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量可能小于2.3 eVD．这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3 eV答案 B解析逸出功指原子的最外层电子脱离原子核克服引力做的功，选项B正确．5．如图2所示是光电效应中光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象．从图中可知( )图2A．E k与ν成正比B．入射光频率必须小于极限频率νc时，才能产生光电效应C．对同一种金属而言，E k仅与ν有关D ．E k 与入射光强度成正比 答案 C解析 由E k ＝h ν－W 0知C 正确，A 、B 、D 错误．6．分别用波长为λ和23λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2，以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为( ) A.hc2λ B.3hc 2λ C.3hc 4λ D.2h λc答案 A解析 根据光电效应方程得E k1＝h cλ－W 0①E k2＝hc23λ－W 0②又E k2＝2E k1③联立①②③得W 0＝hc2λ，A 正确．7．研究光电效应的电路如图3所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A 吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I 与A 、K 之间的电压U AK 的关系图象中，正确的是( )图3答案 C解析 用频率相同的光照射同一金属时，发射出的光电子的最大初动能相同，所以遏止电压相同；饱和光电流与光的强度有关，光的强度越大，饱和光电流越大，故选项C 正确． 8．实验得到金属钙的光电子的最大初动能E km 与入射光频率ν的关系如图4所示．下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照下表可以确定的是( )图4A.如用金属钨做实验得到的E km－ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大B．如用金属钠做实验得到的E km－ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大C．如用金属钠做实验得到的E km－ν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为(0，－E k2)，则E k2＜E k1D．如用金属钨做实验，当入射光的频率ν＜ν1时，可能会有光电子逸出答案 C解析由光电效应方程E km＝hν－W0可知E km－ν图线是直线，且斜率相同，A、B项错；由表中所列的截止频率和逸出功数据可知C项正确，D项错误．9．现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是( )A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生答案AC解析在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A正确，B错误；根据E km＝hν－W0可知，对于同一光电管，逸出功W0不变，当频率变高时，最大初动能E km变大，因此C正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此D错误．10．图5为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014 Hz，则以下判断正确的是( )图5A ．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B ．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C ．用λ＝0.5 μm 的光照射光电管时，电路中有光电流产生D ．光照射时间越长，电路中的电流越大 答案 BC解析 在光电管中若发生了光电效应，单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关，光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关．据此可判断A 、D 错误，B 正确．波长λ＝0.5 μm 的光子的频率ν＝cλ＝3×1080.5×10－6 Hz ＝6×1014 Hz ＞4.5×1014 Hz ，可发生光电效应，所以C 正确． 二、 非选择题11．在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图6所示．若该直线的斜率和纵截距分别为k 和b ，电子电荷量的绝对值为e ，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________．图6答案 ek －eb解析 光电效应中，入射光子能量h ν，克服逸出功W 0后多余的能量转换为电子动能，eU c ＝h ν－W 0，整理得U c ＝h e ν－W 0e ，斜率即h e＝k ，所以普朗克常量h ＝ek ，纵截距为b ，即eb ＝－W 0，所以逸出功W 0＝－eb .12．小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图7甲所示．已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s.图7(1)图甲中电极A为光电管的____________(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U c与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc ＝________Hz，逸出功W0＝________J；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能E k＝________J.答案(1)阳极(2)5.15×1014 3.41×10－19(3)1.23×10－19解析(1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极．(2)由题图可知，铷的截止频率νc为5.15×1014 Hz，逸出功W0＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014J≈3.41×10－19 J．(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014 Hz时，由Ehν－hνc得，光电子的最大初动k＝能为E k＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014J≈1.23×10－19 J.。
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17.2 光的粒子性教学目标：1、知识与技能：1、通过实验了解光电效应的实验规律；2、知道爱因斯坦光电效应方程以及意义；3、了解康普顿效应，了解光子的动量；2、过程与方法：经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。
3、情感态度与价值观：领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
教学重点难点：1、重点：光电效应的实验规律2、难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义教学难点突破方法：教学方法：相互讨论、研究教学过程：[自学导案]一、自主学习：认真阅读课本28-33，思考并回答下列问题。
（一）能量子：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量ε的______倍，这个不可再分的最小能量值ε称为能量子。
能量子的表达式：ε=__________ （其中普朗克常量h=6.626 10-34J·S）（二）光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的从表面逸出的现象，叫光电效应，发射出来的电子被称为__________。
（1）光电效应的规律：①存在着________电流，入射光越___ _，____ _电流越大，即单位时间内发射的光电子数目越。
②存在着________电压Uc和________频率νc。
光电子的能量只与入射光的有关，与入射光的 无关。
③入射光频率 截止频率时，不发生光电效应。
（2）逸出功：使电子脱离某种金属所做功的__________值，称做这种金属的逸出功W 0。
（3）光子说：在空间传播的光不是__________，而是一份一份的，每一份称为__________，光子的能量E=__________（4）光电效应方程：_______ ___________光电效应方程表明，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光强度________。
只有当h ν_____ W 0时，才有光电子逸出。
ν0= W 0/h 就是光电效应的__________。
（三）光的波粒二象性：光既具有__________，又有__________。
（四）物质波：实物粒子也具有 性，叫做物质波，又叫 波。
波长= 。
[例题研究]例1：在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图1－2－6所示．则可判断出：（ B ）A ．甲光的频率大于乙光的频率B ．乙光的波长大于丙光的波长C ．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D ．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能例2：如图所示是做光电效应实验的装置简图。
在抽成真空的玻璃管内，K 为阴极（用金属铯制成，发生光电效应的逸出功为1.9eV ），A 为阳极。
在a 、b 间不接任何电源，用频率为 （高于铯的极限频率）的单色光照射阴极K ，会发现电流表指针有偏转。
这时，若在a 、b 间接入直流电源，a 接正极，b 接负极，并使a 、b 间电压从零开始逐渐增大，发现当电压表的示数增大到2.1V 时，电流表的示数刚好减小到零。
求：⑴a 、b 间未接直流电源时，通过电流表的电流方向。
（从下向上） ⑵从阴极K 发出的光电子的最大初动能E K 是多少焦？（3.36X10-19J ）⑶入射单色光的频率是多少？（9.65X1014Hz ）新课讲授：光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。
19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。
然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。
对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。
1．光电效应 教师：实验演示。
（课件辅助讲述）用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电 器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。
学生：认真观察实验。
教师提问：上述实验说明了什么？学生：表明锌板在射线照射下失去电子而带正电。
概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。
发射出来的电子叫做光电子。
2．光电效应的实验规律（1）光电效应实验如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。
光电子在电场作用下形成光电流。
概念：遏止电压将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。
当 K 、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 U c 时，光电流恰为0。
U c 称遏止电压。
根据动能定理，有 （2）光电效应实验规律① 光电流与光强的关系饱和光电流强度与入射光强度成正比。
② 截止频率ν c ----极限频率 对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率ν c 。
当入射光频率ν>νc 时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率ν <νc时，无论光221c e v m ceU强多大也无电子逸出金属表面。
③ 光电效应是瞬时的。
从光开始照射到光电子逸出所需时间<10-9s 。
3．光电效应解释中的疑难经典理论无法解释光电效应的实验结果。
经典理论认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。
也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。
光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。
只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。
光电效应具有瞬时性。
而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。
为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。
4．爱因斯坦的光量子假设（1）内容光不仅在发射和吸收时以能量为h ν的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。
也就是说，频率为ν 的光是由大量能量为 E =h ν的光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。
（2）爱因斯坦光电效应方程在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功W 0，另一部分变为光电子逸出后的动能 E k 。
由能量守恒可得出：W 0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功W k 为光电子的最大初动能。
（3）爱因斯坦对光电效应的解释：①光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。
②电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。
③从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系 ④从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极限频率：hW c 0=ν 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。
[课后作业]W E h k +=ν1、在光电效应实验中，如果需要增大光电子到达阳极时的速度，可采用的方法是（ D ）A ．增加光照时间．B ．增大入射光的波长．C ．增大入射光的强度．D ．增大入射光频率．2、关于光电效应有如下几种陈述，其中正确的是： （ D ）A ．金属电子的逸出功与入射光的频率成正比；B ．光电流强度与入射光强度无关；C ．用不可见光照射金属一定比可见光照射金属产生的光电子的初动能要大D ．对任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应。
3、关于光电效应，以下说法正确的是（ C ）A 、光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B 、光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强C 、能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功D 、用频率是1v 的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是2v 的黄光照射该金属一定不发生光电效应4、如图所示，有一验电器与锌板相连，现用一弧光灯照射锌板一段时间，关灯后，验电器指针保持一定偏角，下列说法正确的是：( C )A ．用一带负电的金属小球与锌板接触，验电器指针偏角一定变大B ．用一带负电的金属小球与锌板接触，验电器指针偏角一定变小C ．使验电器指针回到零，改用强度更大的弧光灯照射锌板相同时间，指针偏角将增大D ．使验电器指针回到零，改用强度更大的红外线灯照射锌板相同时间，指针将偏转5、在图甲所示的装置中，K 为一金属板，A 为金属电极，都密封在真空的玻璃管中，W 为由石英片封盖的窗口，单色光可通过石英片射到金属板K上，E 为输出电压可调的直流电源，其负极与电极A 相连, ○A 是电流表．实验发现，当用某种频率的单色光照射K 时，K 会发出电子（光电效应），这时，即使东 K 之间的电压等于零，回路中也有电流,当 A 的电势低于K 的电势且低到某一值 Uc 时，电流消失，Uc 称为截止电压．当改变照射光的频率v ，截止电压 U c 也将随之改变，其关系如图乙所示．如果某次实验我们测出了画这条图线所需的一系列数据，又知道了电子的电荷量，则可求得 ( ABC )A、该金属的极限频率B、该金属的逸出功C、普朗克常量D、电子的质量6、.当具有5.0 eV能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5 eV.为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为（B）A.1.5 eVB.3.5 eVC.5.0 eVD.6.5 eV7、当每个具有5.0eV的光子束射入金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大初动能是1.5eV，为了使这种金属产生光电效应，入射光子的最低能量是______，为了使从金属表面逸出的电子具有的最大初动能加倍，入射光子的能量是______．8、某频率的单色光照射到一块金属板表面时，能发生光电效应，测得光电子的最大初动能为2电子伏。
若换用频率是原来的1.8倍的单色光照射该金属，光电子的最大初动能为6电子伏。
试求该金属的逸出功。
课堂小结：思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。
学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
板书设计：（一）能量子：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε称为能量子。
（二）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，叫光电效应，发射出来的电子被称为光电子。
（1）光电效应的规律：①存在着饱和电流，入射光越强，饱和电流越大，即单位时间内发射的光电子数目越多。
②存在着截止电压Uc和极限频率νc。
光电子的能量只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关。