高三物理一轮复习 第十三章 第2讲 波粒二象性3.doc

第十三章 第2讲 波粒二象性3光 电 效 应1产生条件入射光的频率大于金属的极限频率。2光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应。(2)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。(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109 s。(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正比。1对光电效应现象的三点说明(1)光电效应的实质是光现象转化为电现象。(2)光电效应中的照射光包括可见光和不可见光。(3)照射光的频率决定着是否发生光电效应及光电子的最大初动能。2对光电子的理解光电子是金属表面受光照射逸出的电子，光电子也是电子，与光子不同，光子的本质是光。1用强度和频率都相同的两束紫外线分别照射到两种不同金属的表面上，均可发生光电效应，则下列说法中正确的是()a两束紫外线光子总能量相同b从不同的金属表面逸出的光电子的最大初动能相同c在单位时间内从不同的金属表面逸出的光电子数相同d从不同的金属表面逸出的光电子的最大初动能不同解析：选acd因为紫外线的强度和频率都相同，所以光子总能量相同，a正确；根据光电效应方程ekhw0知，两种金属逸出功不同，所以光电子最大初动能不同，b错误，d正确；由于强度和频率都相同，所以单位时间内从金属表面逸出的光电子数相同，c正确。光电效应方程1基本物理量(1)光子的能量h，其中h6.631034 js(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最小值。(3)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。2光电效应方程光电子的最大初动能ek与入射光光子的能量h和逸出功w0之间的关系：ekhw0。1 对光电效应规律的解释对应规律对规律的产生的解释存在极限频率c电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做功w0，要使入射光子的能量不小于w0，对应的频率c，即极限频率光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，w0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大光电效应具有瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程光较强时饱和电流大光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大图13212用图象表示光电效应方程(1)最大初动能ek与入射光频率的关系图线如图1321。(2)由图线可以得到的物理量：极限频率：图线与轴交点的横坐标c。逸出功：图线与ek轴交点的纵坐标的值w0|e|e。普朗克常量：图线的斜率kh。2.如图1322是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能ek与入射光频率的关系图象。由图象可知()图1322a该金属的逸出功等于eb该金属的逸出功等于hcc入射光的频率为2c时，产生的光电子的最大初动能为ed入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为解析：选abc由图并结合ekhw0，得ekhe，故逸出功w0e，故选项a对；当ek0时，c，故ehc，故选项b对；2c时，可得出eke，故选项c对；当入射光的频率为时，不发生光电效应，故选项d错。光的波粒二象性(1)光电效应说明光具有粒子性，同时光还具有波动性，即光具有波粒二象性。(2)大量光子运动的规律表现出光的波动性，单个光子的运动表现出光的粒子性。(3)光的波长越长，波动性越明显，越容易看到光的干涉和衍射现象；光的频率越高，粒子性越明显，穿透本领越强。对光的波粒二象性的理解光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：(1)从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。(2)从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强。(3)从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。(4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量eh，光子的动量p表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长。(5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子。3关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是()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：选abc波粒二象性是微观世界特有的规律，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，故a正确；由于微观粒子的运动遵守不确定关系，所以运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔发生衍射时，都没有特定的运动轨道，故b正确；波粒二象性适用于微观高速领域故c正确；虽然宏观物体运动形成的德布罗意波的波长太小，很难被观察到，但它仍有波粒二象性，d错。对光电效应规律的理解命题分析光电效应现象是光具有粒子性的有力证明，因此光电效应规律是历年高考的重点，题型多为选择题和填空题，难度中等偏下。例1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从金属表面出来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由w0hc可知a正确；照射光的频率大于极限频率时才能发生光电效应，故b错；由ekhw0可知c错；单位时间内逸出的光电子数与频率无关，决定于入射光的强度，故d错。答案a变式训练1(2011上海高考)用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：选b每一种金属对应一个极限频率，低于极限频率的光，无论照射时间有多长，光的强度有多大，都不能使金属产生光电效应，只要照射光的频率大于极限频率，就能产生光电效应。因为x射线的频率高于紫外线的频率，所以改用x射线照射可能发生光电效应，b选项正确。光电效应方程的应用命题分析本考点是高考的热点，在高考中经常被考查到，难度中等，且本考点常与原子跃迁的相关知识综合起来进行考查。 例2(1)研究光电效应的电路如图1323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。如图1324中的光电流i与a、k之间的电压uak的关系图象中，正确的是()图1323图1324(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小_(选填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是_。解析由爱因斯坦光电效应方程ekhw0和动能定理euc0ek可得uc，遏止电压uc与入射光的频率有关，与光强无关，故选项a、b错误；由发生光电效应的规律可知，光电流与光的强度有关，光越强，光电流越强，所以选项c正确 ，d错误。(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，由于光电子在从金属表面逸出过程中，要受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)，所以在光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小减小。答案(1)c(2)减小光电子从金属表面逸出过程中要受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)应用光电效应方程时的注意事项(1)每种金属都有一个截止频率，光频率大于这个截止频率才能发生光电效应。(2)截止频率是发生光电效应的最小频率，对应着光的极限波长和金属的逸出功，即hchw0。(3)应用光电效应方程ekhw0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1 ev1.61019 j)。变式训练2如图1325所示，当电键s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。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 v时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 v时，电流表读数为零。图