物理人教版 (新课标)2 科学的转折：光的粒子性课后练习题

江西省宜春市宜春中学高中物理 17.2 光的粒子性学案2 新人教版选修3-5

学习目标：

1、掌握密立根实验的基本原理及其意义；

2、了解康普顿效应及其意义。

一、预习导航，要点指津（约3分钟）

1、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。

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。

2、康普顿效应的意义：

    ⅰ有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；

ⅱ首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；

ⅲ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。

二、自主探索，独立思考（约10分钟）

1、密立根实验

（1）、实验目的：

（2）、实验原理：

（3）、截止频率和普朗克常量是如何得到的：

（4）、密立根实验的物理意义是：

2、康普顿效应

（1）、什么叫光的散射？什么叫康普顿效应？

（2）、经典理论为什么不能解释康普顿效应？

（3）、康普顿是如何应用光子的模型解释康普顿效应的？

（4）、康普顿效应有什么意义？

3、光子的动量

（1）、光子能量的表达式有哪几种？

（2）、光子的动量的表达式是如何推导的？

（3）、为什么康普顿效应散射线中有大于入射波长的散射线？

三、小组合作探究，议疑解惑（约5分钟）

练习1、利用光电管产生光电流的电路如图所示。电源的正极应该在       （填“a”或“b”）端；若电流表读数为8μA，则每秒从光电管阴极发射的光电子至少是       个（已知电子电荷量为1.6×10-19C）。（提示：利用电流求出电量）

练习2、在做光电效应的实验时,某种金属被光照射发生了光电效应,实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示,由实验图可求出(　　)

A.该金属的截止频率和截止波长

B.普朗克常量

C.该金属的逸出功

D.单位时间内逸出的光电子数

答案:ABC

解析:依据光电效应方程Ek=hν-W0可知,当Ek=0时,ν=νc,即图象中横坐标的截距在数值上等于金属的截止频率。图线的斜率k=。可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量。据图象,假设图线的延长线与Ek轴的交点为C,其截距为W0,有tanθ=,而tanθ=h,所以W0=hνc。即图象中纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功。

练习3、频率为v光子，具有的能量为hv，动量为hv/c,将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射。散射后的光子（ D  ）

A．改变原来的运动方向，但频率保持不变

B．光子将从电子处获得能量，因而频率将增大

C．散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上，但方向相反

D．由于电子受到碰撞时会吸收光子的一部分能量, 散射后的光子频率低于入射光子的频率;

练习4、根据爱因斯坦光子说，光子能量E等于（h为普朗克常量，c、λ为真空中的光速和波长）（   ）

A．hc/λ          B．hλ/c         C．hλ          D．h/λ

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.康普顿效应证实了光子不仅遵守能量守恒,也遵守动量守恒。如图给出了光子与静止电子碰撞后,电子的运动方向,则碰后光子可能沿方向　　　　运动,并且波长　　　　(选填“不变”“变短”或“变长”)。 

答案:1　变长

解析:因光子与电子的碰撞过程动量守恒,所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致,可见碰后光子运动的方向可能沿1方向,不可能沿2或3方向;通过碰撞,光子将一部分能量转移给电子,能量减少,由ε=hν知,频率变小,再根据c=λν知,波长变长。

2.如图,当开关S断开时,用光子能量为2.5eV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0.60V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数大于或等于0.60V时,电流表读数为零,求:

 (1)此时光电子的最大初动能的大小;

(2)该阴极材料的逸出功。

答案:(1)0.6eV　(2)1.9eV

解析:设用光子能量为2.5eV的光照射时,光电子的最大初动能为Ek,阴极材料逸出功为W0,当反向电压达到U=0.60V以后,具有最大初动能的光电子也达不到阳极,因此eU=Ek,由光电效应方程得Ek=hν-W0

由以上两式解得Ek=0.6eV,W0=1.9eV

所以此时最大初动能为0.6eV,该材料的逸出功为1.9eV。