高考物理一轮复习 第12章 波粒二象性课件 新人教版选修

第十二章波粒二象性 选修3 5 本部分内容理论性强 是物理学的前沿理论 比较抽象 高考要求不是很高 主要是以光电效应为主线 以光电效应方程为重点 重点研究光电效应的产生条件 光电效应的规律 光电效应的方程 主要题型为选择题 1 注重对基本概念和基本规律的理解 本章内容是近代物理的基础知识 在复习时要加强理解 重点记忆 紧扣课本 2 重视物理知识和实际问题的联系 加强贴近实际 贴近高考的题目训练 重视光电效应知识与生产技术 生活实际的联系 理论联系实际 关注科技热点 知识梳理自测 1 光电效应现象 在光的照射下 金属中的 从表面逸出的现象 发射出来的电子叫 2 光电效应的产生条件 入射光的频率 金属的 光电效应 电子 光电子 大于 极限频率 3 光电效应的四个规律 1 每种金属都有一个极限频率 入射光的频率必须 截止频率或极限频率才能产生光电效应 低于截止频率时不能发生光电效应 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 大于 强度 增大 几乎是瞬时 正比 4 用光电管研究光电效应 1 光电效应电路图 2 光电流与饱和光电流 入射光强度 入射到金属表面单位面积上的能量 频率一定时 越大 光子数越多 光电流 光电子在电路中形成的电流 光电流有最大值 未达到最大值以前 其大小和 都有关 达到最大值以后 光电流和 成正比 饱和光电流 在 的光照射下的最大光电流 饱和光电流不随电路中 的增大而增大 单位时间内 光强 光强 电压 光强 一定频率与强度 电压 1 光子说在空间传播的光是不连续的 而是一份一份的 每一份叫作一个光的能量子 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 3 最大初动能发生光电效应时 金属表面上的 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 爱因斯坦光电效应方程 h 最小值 电子 4 遏止电压与截止频率 1 遏止电压 使光电流减小到零的反向电流Uc 2 截止频率 能使某种金属发生光电效应的 频率叫做该种金属的截止频率 又叫极限频率 不同的金属对应着不同的极限频率 5 爱因斯坦光电效应方程 1 表达式 Ek h 2 物理意义 金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h 这些能量的一部分用来克服金属的 剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek 最小 W0 逸出功W0 1 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 光的波粒二象性物质波 波动 粒子 波粒二象 2 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 2 物质波任何一个运动着的物体 小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应 其波长 p为运动物体的动量 h为普朗克常量 大 小 思维辨析 1 光电效应中的 光 指的是可见光 2 能否发生光电效应 取决于光的强度 3 光电子不是光子 4 逸出功的大小与入射光无关 5 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 6 光电子的最大初动能与入射光的频率有关 答案 1 不是特指可见光 也包括不可见光 2 不取决于光的强度 而取决于光的频率 3 4 5 由爱因斯坦光电效应方程Ek h W0知 只有在光照频率不变的情况下 Ek越大 W0才越小 6 C 解析 光既有波动性 又有粒子性 不能说有的光是波 有的光是粒子 故A错误 光子不带电 不可以被电场加速 故B错误 光的波长越长 光的波动性越显著 频率越高 光的粒子性越显著 故C正确 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 故D错误 C 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 解析 根据爱因斯坦光电效应方程Ek h W0可知 当金属的极限频率确定时 光电子的最大初动能取决于入射光的频率 与光照强度 照射时间 光子数目无关 选项A对 B C D错 A BC 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 核心考点突破 1 对光电效应实验规律的理解 光电效应规律的理解 2 光电效应中几个易混淆的概念 1 光子与光电子光子是指光在空间传播时的每一份能量 光子不带电 光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子 光子是光电效应的因 光电子是果 2 光电子的最大初动能与光电子的动能当光照射金属时 光子的能量全部被电子吸收 电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动 有的向金属内部运动 有的向金属表面运动 但因途径不同 运动途中消耗的能量也不同 唯独在金属表面的电子 只要克服金属原子核的引力做功 就能从金属中逸出而具有最大初动能 根据爱因斯坦光电效应方程可以算出光电子的最大初动能为Ek h W0 W0为金属的逸出功 而其他经过不同的路径射出的光电子 其动能一定小于最大初动能 3 光电流与饱和光电流在一定频率与强度的光照射下产生光电效应 光电流与电压之间的关系为 开始时 光电流随电压U的增大而增大 当U比较大时 光电流达到饱和值Im 这时即使再增大U 在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动 光电流也就不会再增大 即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流 在一定光照条件下 饱和光电流与所加电压大小无关 4 入射光强度和光子能量入射光强度是单位时间内照射到金属表面单位面积上总的能量 光子能量即每个光子的能量 光子总能量等于光子能量与入射光子数的乘积 A 解题探究 1 光电子的最大初动能只随入射光 的增大而增大 2 入射光越强 单位时间内入射到金属表面的光子数 产生的光电子数 解析 光的频率不变 表示光电子能量不变 仍会有光电子从该金属表面逸出 逸出的光电子的最大初动能也不变 若再减弱光的强度 逸出的光电子数就会减少 选项A正确 频率 越多 越多 类题演练1 B A 若换用波长为 1 1 0 的光照射阴极K时 电路中一定没有光电流B 若换用波长为 2 2 0 的光照射阴极K时 电路中一定有光电流C 增大电路中电源电压 电路中光电流一定增大D 若将电源极性反接 电路中一定没有光电流产生 光电流的大小与入射光的强度有关 在一定频率与强度的光照射下 光电流与电压之间的关系为 开始时 光电流随电压U的增大而增大 当U增大到一定程度时 光电流达到饱和值 这时即使再增大U 在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动 光电流也就不会再增大 即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流 增大电源电压 若光电流达到饱和值 则光电流也不会增大 C错误 将电源极性反接 若光电子的最大初动能大于光电管两极间克服电场力做的功 电路中仍有光电流产生 D错误 光电效应的方程及图象 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 阳极 5 15 1014 3 41 10 19 1 23 10 19 解题探究 1 遏止电压与什么因素有关 2 截止频率对应的遏止电压是多大 答案 1 遏止电压与光电子的最大初动能有关 最大初动能越大遏止电压越高 2 截止频率对应的遏止电压为零 解析 1 光束照射阴极 打到阳极A上 2 读出铷的截止频率 0 5 15 1014Hz 其逸出功W0 h 0 3 41 10 19J 3 由爱因斯坦光电效应方程得Ekm h W0 1 23 10 19J 类题演练2 解析 由图乙可知 当该装置所加的电压为反向电压 2V时 电流计示数为0 故光电子的最大初动能为Ekm 2eV 3 2 10 19J 根据光电效应方程Ekm h W0 可得W0 3eV 4 8 10 19J D 解析 金属的逸出功与入射光的频率无关 由金属本身的性质决定 故A错误 由图可知 最大初动能与入射光的频率有关 与入射光的强度无关 故B错误 由图可知 当入射光的频率 0时 光电子的最大初动能大于零 可知当 0时 会逸出光电子 故C错误 根据光电效应方程得 Ekm h W0 可知图线的斜率表示普朗克常量 故D正确 BDE 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 光的波粒二象性 ABD 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 解题探究 1 什么情况下表现出波动性 2 什么情况下表现出粒子性 答案 1 波长较长 大量的光子表现出波动性 2 波长短 少量的光子表现出粒子性 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 A B正确 同时实验也表明光波是一种概率波 D正确 紫外光本质和可见光本质相同 也可以发生上述现象 C错误 名师归纳 对波粒二象性理解的三点注意 1 虽然平时所看到的宏观物体运动时 看不出其波动性 但也有一个波长与之对应 例如飞行子弹的波长约为10 34m 2 波粒二象性是微观粒子的特殊规律 一切微观粒子都存在波动性 宏观物体也存在波动性 只是波长