高考物理一轮复习 动量守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核 第2讲 光电效应 波粒二象性课件.ppt

第2讲光电效应波粒二象性 1 定义照射到金属表面的光 能使金属中的从表面逸出的现象 2 光电子 中发射出来的电子 光电效应 考纲要求 电子 光电效应 3 光电效应规律 1 每种金属都有一个极限频率 入射光的频率必须 这个极限频率才能产生光电效应 低于这个频率的光不能产生光电效应 2 光电子的最大初动能与入射光的无关 只随入射光频率的增大而 3 光电效应的发生的 一般不超过10 9s 4 当入射光的频率大于极限频率时 饱和光电流的强度与入射光的强度成 增大 大于 强度 几乎瞬时 正比 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 其中h 6 63 10 34j s 称为普朗克常量 2 逸出功w0使电子脱离某种金属所做功的 爱因斯坦光电效应方程 考纲要求 h 最小值 电子 w0 逸出功w0 5 光的波粒二象性 1 光的干涉 衍射 偏振现象证明光具有性 2 光电效应说明光具有性 3 光既具有波动性 又具有粒子性 称为光的 性 6 物质波 1 概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现 亮条纹是光子到达概率的地方 暗条纹是光子到达概率 的地方 因此光波又叫概率波 波动 粒子 波粒二象 大 小 判断正误 正确的划 错误的划 1 只要光照射的时间足够长 任何金属都能产生光电效应 2 光电子就是光子 3 极限频率越大的金属材料逸出功越大 4 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 5 入射光的频率越大 逸出功越大 答案 1 2 3 4 5 1 如图2 1所示 用导线把验电器与锌板相连接 当用紫外线照射锌板时 发生的现象是 a 有光子从锌板逸出b 有电子从锌板逸出c 验电器指针张开一个角度d 锌板带负电 基础自测 图2 1 解析用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的 锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出 称之为光电子 故a错误 b正确 锌板与验电器相连 带有相同电性的电荷 锌板失去电子应该带正电 且失去电子越多 带正电的电荷量越多 验电器指针张角越大 故c正确 d错误 答案bc 2 关于物质的波粒二象性 下列说法中不正确的是 a 不仅光子具有波粒二象性 一切运动的微粒都具有波粒二象性b 运动的微观粒子与光子一样 当它们通过一个小孔时 都没有特定的运动轨道c 波动性和粒子性 在宏观现象中是矛盾的 对立的 但在微观高速运动的现象中是统一的d 实物的运动有特定的轨道 所以实物不具有波粒二象性 解析由德布罗意波可知a c对 运动的微观粒子 达到的位置具有随机性 而没有特定的运动轨道 b对 由德布罗意理论知 宏观物体的德布罗意波的波长太小 实际很难观察到波动性 不是不具有波粒二象性 应选d项 答案d 3 物理学家做了一个有趣的实验 在双缝干涉实验中 在光屏处放上照相底片 若减弱光的强度 使光子只能一个一个地通过狭缝 实验结果表明 如果曝光时间不太长 底片上只出现一些不规则的点子 如果曝光时间足够长 底片上就会出现规则的干涉条纹 对这个实验结果有下列认识 正确的是 a 曝光时间不长时 出现不规则的点子 表现出光的波动性b 单个光子通过双缝后的落点无法预测c 干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方d 只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性解析曝光时间短时 光子到达底片的个数少 表现出光的粒子性 曝光时间长 光子到达底片的个数多 则表现出光的波动性 干涉条纹中的明条纹部分是光子到达机会较多的地方 但单个光子的落点是无法预测的 综上所述 b c正确 a d错误 答案bc 4 有一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应 可能使该金属产生光电效应的措施是 a 改用频率更小的紫外线照射b 改用x射线照射c 改用强度更大的原紫外线照射d 延长原紫外线的照射时间 解析发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率 与入射光的强度和照射时间无关 故选项a c d错误 x射线的频率大于紫外线的频率 可能使该金属发生光电效应 故选项b正确 答案b 5 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 光电效应才能产生b 光电子的最大初动能跟入射光强度成正比c 发生光电效应的反应时间一般都大于10 7sd 发生光电效应时 单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比 答案d 热点一对光电效应规律的理解 3 光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大 4 入射光越强 单位时间内入射到金属表面的光子数越多 产生的光电子越多 射出的光电子做定向移动时形成的光电流越大 2 两条对应关系光强大 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 光电子的最大初动能大 典例1 2013 上海单科 2 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解析锌板在紫外线的照射下产生了光电效应 说明锌板上有光电子飞出 所以锌板带正电 c正确 a b d错误 答案c 跟踪短训 1 光电效应的实验结论是 对某种金属 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 解析每种金属都有它的极限频率 0 只有入射光子的频率大于极限频率 0时 才会发生光电效应 选项a正确 b错误 光电子的初动能与入射光的强度无关 随入射光频率的增大而增大 选项d正确 c错误 答案ad 2 关于光电效应 下列说法正确的是 a 极限频率越大的金属材料逸出功越大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 从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大 这种金属的逸出功越小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 解析逸出功w0 h 0 w0 0 a正确 只有照射光的频率 大于金属极限频率 0 才能产生光电效应现象 b错 由光电效应方程ekm h w0知 因 不确定时 无法确定ekm与w0的关系 c错 光强e nh 越大 e一定 则光子数n越小 单位时间内逸出的光电子数就越少 d错 答案a 1 解光电效应问题的常用技巧 1 判断和描述时应理清三个关系 光电效应的实质 单个光子与单个电子间相互作用产生的 光电子的最大初动能的来源 金属表面的自由电子吸收光子后克服逸出功逸出后具有的动能 入射光强度与光电流的关系 当入射光的频率大于极限频率时光电流的强度与入射光的强度成正比 热点二对光电效应方程的应用和ek 图象的考查 2 定量分析时应抓住三个关系式 爱因斯坦光电效应方程 ek h w0 最大初动能与遏止电压的关系 ek euc 逸出功与极限频率的关系 w0 h 0 2 由ek 图象可以得到的物理量 如图2 2所示 1 极限频率 图线与 轴交点的横坐标 c 2 逸出功 图线与ek轴交点的纵坐标的值w0 e 3 普朗克常量 图线的斜率k h 图2 2 典例2 2013 北京理综 20 以往我们认识的光电效应是单光子光电效应 即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出 强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识 用强激光照射金属 由于其光子密度极大 一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能 从而形成多光子光电效应 这已被实验证实 光电效应实验装置示意如图2 3 用频率为 的普通光源照射阴极k 没有发生光电效应 换用同样频率 的强激光照射阴极k 则发生了光电效应 此时 若加上反向电压u 即将阴极k接电源正极 阳极a接电源负极 在ka之间就形成了使光电子减速的电场 逐渐增大u 光电流会逐渐减小 当光电流恰好减小到零时 所加反向电压u可能是下列的 其中w为逸出功 h为普朗克常量 e为电子电量 图2 3 答案b 跟踪短训 3 爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖 某种金属逸出光电子的最大初动能ekm与入射光频率 的关系如图2 4所示 其中 0为极限频率 从图中可以确定的是 图2 4 a 逸出功与 有关b ekm与入射光强度成正比c 当 0时 会逸出光电子d 图中直线的斜率与普朗克常量有关 解析由爱因斯坦光电效应方程ek h w0和w0 h 0 w0为金属的逸出功 可得 ek h h 0 可见图象的斜率表示普朗克常量 d正确 只有 0时才会发生光电效应 c错 金属的逸出功只和金属的极限频率有关 与入射光的频率无关 a错 最大初动能取决于入射光的频率 而与入射光的强度无关 b错 答案d 4 2013 浙江自选 14 小明用金属铷为阴极的光电管 观测光电效应现象 实验装置示意如图2 5甲所示 已知普朗克常量h 6 63 10 34j s 图2 5 1 图甲中电极a为光电管的 填 阴极 或 阳极 2 实验中测得铷的遏止电压uc与入射光频率 之间的关系如图乙所示 则铷的截止频率 c hz 逸出功w0 j 3 如果实验中入射光的频率 7 00 1014hz 则产生的光电子的最大初动能ek j 解析 1 由光电管的结构知 a为阳极 2 uc 图象中横轴的截距表示截止频率 c 逸出功w0 h c 3 由爱因斯坦的光电效应方程ek h w0 可求结果 答案 1 阳极 2 5 12 5 18 1014 3 39 3 43 10 19 3 1 21 1 25 10 19 附 对应高考题组1 2011 上海卷 17 用极微弱的可见光做双缝干涉实验 随着时间的增加 在屏上先后出现如图 a b c 所示的图象 则 a 图象 a 表明光具有粒子性b 图象 c 表明光具有波动性c 用紫外光观察不到类似的图象d 实验表明光是一种概率波解析图象 a 曝光时间短 通过光子数很少 呈现粒子性 图象 c 曝光时间长 通过了大量光子 呈现波动性 故a b正确 同时也表明光波是一种概率波 故d也正确 紫外光本质和可见光本质相同 也可以发生上述现象 故c错误 答案abd 2 2011 课标全国 35 在光电效应实验中 某金属截止频率相应的波长为 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 3 2012 上海卷 1 在光电效应实验中 用单色光照射某种金属表面 有光电子逸出 则光电子的最大初动能取决于入射光的 a 频率b 强度c 照射时间d 光子数目解析由爱因斯坦光电效应方程ek k w0可知 ek只与频率 有关 故选项b c d错 选项a正确 答案a 4 2012 四川理综 18 a b两种单色光组成的光束从介质进入空气时 其折射光束如图所示 用a b两束光 a 先后照射双缝干涉实验装置 在缝后屏上都能出现干涉条纹 由此确定光是横波b 先后照射某金属 a光照射时恰能逸出光电子 b光照射时也能逸出光电子c 从同一介质以相