高中人教版 (新课标)2 科学的转折：光的粒子性学案及答案

     17.2  科学的转折：光的粒子性

     编写：陈海燕     审核：陶海林

【知识要点】

1．在光（包括不可见光）的照射下物体发射出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）存在饱和电流，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。入射光越强，饱和电流_________，饱和电流与光强成_____________。

（2）存在遏止电压和截止频率（或极限频率）

 遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc，遏止电压的存在意味着光电子具有一定的_________，即

截止频率，当入射光的频率减小到某一数值时，不加反向电压也没有光电流，这表明已经没有光电子了，称为截止频率。

（3）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。

（4）光电效应具有瞬时性，光照在金属上，产生光电流的时间不超过10-9s。

3．光子说的主要内容

（1）光在空间的传播是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子；

（2）光的能量E=_________（是光的频率）

4．爱因斯坦光电效应方程________________。式中W叫做逸出功，是使电子从金属逸出时所做功的最小值。

5．光的散射。光通过介质时，因与物质微粒相互作用，使传播方向发生____________，从侧面可以看到光的现象叫做光的散射。

6．康普顿效应。1923年美国物理学家康普顿研究X射线通过物质时的散射现象发现：在散射的射线中，除了有与入射波长相同的成分外，还有_________的成分。这一现象称为康普顿效应。

【典型例题】

  例1．用绿光照射一光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大，应

       A．改用红光照射      B．增大绿光强度         （    ）

C．增大光电管上的加速电压   D．改用紫外线照射

例2．用频率为的光照射某种金属材料，产生光电子的最大初动能是Ek，若以频率为2的光照射同一金属材料，则光电子的最大初动能是                                                                                                  （    ）

     A．   B．   C．   D．

例3．分别用波长为和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，以表示普朗克常量，表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为                            （    ）

     A．   B．    C．   D．

例4．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，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于的成分，这个现象称为康普顿效应。关于康普顿效应，以下说法正确的是                                                                                                                                                                                                                                （    ）

     A．康普顿效应现象说明光具有波动性   B．康普顿效应现象说明光具有粒子性

C．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加 

D．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量减少

【课堂检测】

   1．关于光电效应的规律，下列说法中正确的有        （    ）

      A．当光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大

B．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多

C．同一频率的光照射不同的金属，如果都能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大

D．对某金属，入射光波长必须小于某一极限波长，才能产生光电效应

2．光电效应实验中，下列结果正确的是          （    ）

      A．光照时间增大为原来的2倍时，光电流也增大为原来的2倍

B．当入射光的频率增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增为原来的2倍

C．入射光波长增大为原来的2倍，有可能不发生光电效应

D．入射光强增大为原来的2倍时，单位时间发出的光电子数量有可能变为原来的4倍

3．如图所示为一光电管电路，滑动变阻器滑动触头P位于上某点，

用光照射光电管阴极，电表指针无偏转，要使电表指针偏转，可采

取的措施有          （    ）

      A．加大照射光强度   B．换用波长短的光照射

C．将P向滑动   D．将电源正负极对调

4．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

5．用频率相同但强度不同的两束光分别去照射两种不同的金属，结果均发生了光电效应，则

      A．用强度大的光照射的金属，逸出的光电子的初动量一定大     （    ）

B．由于两束光的频率相同，照射两种金属逸出光电子的最大初动量一定相同

C．在相同时间内，用强度较大的光照射金属表面逸出的光电子数较少

D．在相同时间内，用强度较大的光照射金属表面逸出的光电子数较多

6．用同一束单色光，在同一条件下先后照射锌片和银片，都能产生光电效应，对于这两个过程，下面所列的四个物理量中，一定相同的是_____________，可有相同的是____________，一定不同的是___________。（只需填各量前的编号）

   ①照射光子的能量；②光电子的逸出功；③光电子的动能；④光电子的最大初速度。

7．铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长200 nm的光照射铝的表面。

  （1）求光电子的最大初动能。（2）求遏止电压。（3）求铝的截止频率。

8．如图所示，一光电管的阴极用极限波长=500nm的钠制成。用波长=300nm的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U=2.1V，饱和光电流（当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流）I=0.56

（1）求每秒由K极发射的光电子数目。（2）求电子到达A极时的最大动能。（3）如果电势差U不变，而照射光的强度增加到原值的3倍，此时电子到达A极时最大动能是多少？（普朗克常量）