高中物理 第2讲 波粒二象性课件 选修35.ppt

第2讲波粒二象性 光电效应 考纲要求 1 定义照射到金属表面的光 能使金属中的电子从表面逸出 叫做光电效应 光电效应中发射出来的电子叫做 光电子 光电效应的实验规律 1 入射光的频率低于 或截止频率时不发生光电效应 2 发生光电效应几乎不需要时间 3 入射光越强 单位时间内发射的光电子数越多 4 光电子的最大初动能决定于入射光的光子能量和金属的逸出功之差 逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值 极限频率 2 3 光子说对光电效应规律的理解 1 光子说爱因斯坦提出 空间传播的光不是连续的 而是一份一份的 每一份称为一个光子 光子具有的能量与光的频率成正比 即 e h 其中h 6 63 10 34j s 2 爱因斯坦光电效应方程ek h w0 ek是光电子的最大初动能 w0是逸出功 即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功 1 爱因斯坦光电效应方程 对光电效应规律的解释 2 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 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 粒子 波粒二象 大 小 波动 3 4 1 常见概念辨析2 用图象表示光电效应方程 1 最大初动能ek与入射光频率 的关系图线如图所示 2 由曲线可以得到的物理量 极限频率 图线与 轴交点的横坐标 0 逸出功 图线与ek轴交点的纵坐标的值w0 e 普朗克常量 图线的斜率k h 3 入射光强度 频率对光电效应的影响 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 在这两个过程中 对于下列四个量 一定相同的是 可能相同的是 一定不同的是 a 光子的能量b 光电子的逸出功c 光电子动能d 光电子初动能 1 解析光子的能量由光的频率决定 同一束单色光频率相同 因而光子能量相同 逸出功等于电子脱离原子核束缚需要做的最少的功 因此只由材料决定 锌片和银片的光电效应中 光电子的逸出功一定不相同 由ek h w0 照射光子能量h 相同 逸出功w0不同 则电子最大初动能也不同 由于光电子吸收光子后到达金属表面的路径不同 途中损失的能量也不同 因而脱离金属时的动能可能分布在零到最大初动能之间 所以 两个不同光电效应的光电子中 有时初动能是可能相等的 答案acdb 有关光的本性的说法正确的是 a 关于光的本性 牛顿提出了 微粒说 惠更斯提出了 波动说 爱因斯坦提出了 光子说 它们都圆满地说明了光的本性b 光具有波粒二象性是指 既可以把光看成宏观概念上的波 也可以看成宏观概念上的粒子c 光的干涉 衍射现象说明光具有波动性 光电效应说明光具有粒子性d 在光的双缝干涉实验中 如果光通过双缝时显出波动性 如果光只通过一个缝时显出粒子性 2 解析牛顿主张的微粒说中的微粒与实物粒子一样 惠更斯主张的波动说中的波动与宏观机械波等同 这两种观点是相互对立的 都不能说明光的本性 所以a b错 c正确 在双缝干涉实验中 双缝干涉出现明暗均匀的条纹 单缝出现中央亮而宽 周围暗而窄的条纹 都说明光的波动性 当让光子一个一个地通过单缝时 曝光时间短时表现出粒子性 曝光时间长时显出波动性 因此d错误 答案c 在单缝衍射实验中 中央亮纹的光强占整个从单缝射入的光强的95 以上 假设现在只让一个光子通过单缝 那么该光子 a 一定落在中央亮纹处b 一定落在亮纹处c 可能落在暗纹处d 落在中央亮纹处的可能性最大解析大量光子的行为显示出波动性 当大量光子通过单缝时光子落在亮纹处的概率较大 尤其是中央亮纹处 依题将有95 以上的光子落在中央亮纹处 落在其他亮处相对少一些 落在暗纹处光子最少 注意的是暗纹处不是没有光子落在上面 只是很少而已 只让一个光子通过单缝 这个光子落在哪一位置是不可确定的 可以落在亮纹处 也可以落在暗纹处 只是落在中央亮纹的机会更大 有95 以上 答案cd 3 2010 上海卷 根据爱因斯坦光子说 光子能量e等于 h为普朗克常量 c 为真空中的光速和波长 答案a 4 用波长为2 0 10 7m的紫外线照射钨的表面 释放出来的光电子中最大的动能是4 7 10 19j 由此可知 钨的极限频率是 普朗克常量h 6 63 10 34j s 光速c 3 0 108m s a 5 5 1014hzb 7 9 1014hzc 9 8 1014hzd 1 2 1015hz 答案b 5 2011 上海单科 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1 2 1 a b c 所示的图象 则 图1 2 1 6 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 b 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 2012 汕头模拟 如图1 2 2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 图1 2 2 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 带正电的电量越多 验电器指针张角越大 故c正确 d错误 答案bc 7 下表给出了一些金属材料的逸出功 现用波长为400nm的单色光照射上述材料 能产生光电效应的材料最多有几种 普朗克常量h 6 63 10 34j s 光速c 3 0 108m s a 2种b 3种c 4种d 5种 8 答案a 1905年是爱因斯坦的 奇迹 之年 这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文 其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象 关于光电效应 下列说法正确的是 a 当入射光的频率低于极限频率时 不能发生光电效应b 光电子的最大初动能与入射光的频率成正比c 光电子的最大初动能与入射光的强度成正比d 某单色光照射一金属时不发生光电效应 改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应 考点一对光电效应规律的理解 典例1 解析根据光电效应现象的实验规律 只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应 故a d正确 根据光电效应方程 最大初动能与入射光频率为线性关系 但非正比关系 b错 根据光电效应现象的实验规律 光电子的最大初动能与入射光强度无关 c错 答案ad 入射光照射到某金属表面上发生光电效应 若入射光的强度减弱 而频率保持不变 那么 a 从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加b 逸出的光电子的最大初动能将减小c 单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少d 有可能不发生光电效应 变式1 解析光电效应瞬时 10 9s 发生 与光强无关 a错 能否发生光电效应 只取决于入射光的频率是否大于极限频率 与光强无关 d错 对于某种特定金属 光电子的最大初动能只与入射光频率有关 入射光频率越大 最大初动能越大 b错 光电子数目多少与入射光强度有关 可理解为一个光子能打出一个电子 光强减弱 逸出的电子数目减少 c对 答案c 如图1 2 1所示的实验电路 k为光电管的阴极 a为阳极 当用黄光照射光电管中的阴极k时 毫安表的指针发生了偏转 若将电路中的滑动变阻器的滑片p向左移动到某一位置时 毫安表的读数恰好减小到零 此时电压表读数为u 考点二光电效应方程的应用 典例2 图1 2 1 若增加黄光的强度 则毫安表 选填 有 或 无 示数 若用几种能使光电管中的阴极k发生光电效应的不同频率 的光照射到光电管的阴极k 分别测出能使毫安表的读数恰好减小到零时的不同的电压值u 通过u和 的几组对应数据 就可作出u 的图象 图象的斜率为k 则普朗克常量h 电子