人教版 (新课标)选修32 科学的转折：光的粒子性学案及答案

江西省宜春市宜春中学高中物理 17.2 光的粒子性学案1 新人教版选修3-5

学习目标：

1、  了解光电效应及其实验规律；

2、  掌握爱因斯坦光电效应方程及其对光电效应的解释。

一、预习导航，要点指津（约3分钟）

黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争还没有就此平息。

光的干涉、衍射、偏振现象，光的电磁波本质，可以说明光的波动理论似乎非常完美了。然而，出人意料的是，又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应。对这一现象及其相关问题的研究，我们就继续学习“科学的转折：光的粒子性”，使得人们对光的又一本质性认识得到发展。

二、自主探索，独立思考（约10分钟）

1、实验观察P30演示实验，这个实验说明了                                                  

光电效应：                                                                               

光电子：                                                                                 

2、光电效应的实验规律:

（1）饱和电流：                                                                      

饱和电流与入射光的强度有什么关系：                                      

光电子的数量与入射光的强度有什么关系：                                 

（2）截止频率：                                                        

遏止电压：                                                             

它们有什么关系：                                                       

光电子的能量与入射光的强弱是否有关：                                                      

（3）、光电效应的瞬时性：                                                                  

3、光的电磁说对光电效应的解释：

（1）、金属的逸出功：                                                                      

（2）、光的电磁说是如何解释饱和电流的？                                                    

（3）、光的电磁说为什么不能解释极限频率和瞬时性？                                          

4、爱因斯坦的光电效应方程

（1）爱因斯坦的光电效应方程  Ek=hv-W0的物理意义是：                                      

各符号表示什么物理量？                                                                   

单位如何：                                                                               

（2）爱因斯坦光电效应方程对光电效应的解释

1、如何解释截止频率？                                                                    

2、如何解释瞬时性？                                                                      

3、如何解释饱和电流？                                                          

三、小组合作探究，议疑解惑（约5分钟）

练习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，验电器的指针张开了一个角度，如图所示，这时 ( B   ) 

   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，指针带负电

D．锌板带负电，指针带正电

练习2：利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是(  A  )

 A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子

 B．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子

C．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出

D．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子

练习3、光电效应的实验结论是:对于某种金属( AD  )

A．无论光强多强,只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应

B．无论光的频率多低,只要光照时间足够长就能产生光电效应

C．超过极限频率的入射光强度越弱,所产生的光电子的最大初动能就越小

D．超过极限频率的入射光频率越高,所产生的光电子的最大初动能就越大

练习4：光电效应的规律中，经典波动理论不能解释的有  (  ABC  )

A．入射光的频率必须大于被照射金属的极限频率时才能产生光电效应

B．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

C．入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10—9s

D．当入射光频率大于极限频率时，光电子数目与入射光强度成正比

练习5、某真空光电管的金属阴极的逸出功是4.0×10-19J，某种单色光的能量恰好等于这种金属的逸出    功，试求：（1）这种单色光的频率多大？（2）在光电管的阳极和阴极间加30V的加速电压，用这种单色光照射光电管的阴极，光电子到达阳极时的动能有多大？

四、展示你的收获（约8分钟）

学生展示、质疑、挑战、纠错、补充

五、重、难、疑点评析（约5分钟）

重点：光电效应的实验规律

难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义

六、达标检测（约8分钟）

1.用紫光照射某金属恰能发生光电效应,现改用较弱的白光照射该金属,则(　　)

A.可能不发生光电效应

B.逸出光电子的时间明显变长

C.逸出光电子的最大初动能不变

D.单位时间逸出光电子的数目变多

答案:C

解析:由于白光内含紫光,所以照射金属时发生光电效应且逸出光电子的最大初动能不变;又因为光强变弱,所以单位时间逸出光电子的数目变少,故C选项正确。

2.如图所示为一真空光电管的应用电路,其阴极金属材料的截止频率为4.5×1014Hz,则以下判断正确的是(　　)

A.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=0.5μm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,电路中的光电流越大

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。据此可判断选项A、D错误。波长λ=0.5μm的光子的频率ν=Hz=6×1014Hz>4.5×1014Hz,可发生光电效应。所以,选项B、C正确。

3.硅光电池是利用光电效应原理制成的,下列表述正确的是(　　)

A.硅光电池是把光能转变为电能的一种装置

B.硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出

C.逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关

D.任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应

答案:A

解析:由光电效应实验规律可知B、C、D选项都不符合光电效应规律,A选项正确。

4.“神光Ⅱ”装置是我国规模最大、国际上为数不多的大功率固体激光系统,利用它可获得能量为2400J、波长λ为0.35μm的一束紫外激光,已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s,求该束紫外激光所含的光子个数。(结果保留一位有效数字)

答案:4×1021

解析:每个光子的能量ε=hν=,故所含的光子数为n=个≈4×1021个