鲁科版选修35光电效应 康普顿效应 实物粒子的波粒二象性 第1课时 学案.docx

5.1光电效应5.2康普顿效应5.3实物粒子的波粒二象性学习目标1知道光电效应现象，掌握光电效应的实验规律康普顿效应。实物粒子的波粒二象性2会分析爱因斯坦的光子说及光电效应，会用光电效应方程解决一些简单问题重点：1光电效应现象的基本规律2光子说的基本思想3做好光电效应的演示实物粒子的波粒二象性难点：1对光的强度的理解2发生光电效应时，为什么光电子数只与入射光的强度成正比3光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关学习过程：知识点1光电效应和波粒二象性1光电效应的实验规律(1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，饱和光电流越大(2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应使光电流减小到零的反向电压叫遏止电压(3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过109 s.2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h，其中h6.631034 js.3光电效应方程(1)表达式：hekw0或ekhw0.(2)物理意义：金属中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逸出功w0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能ekmv2.4光的波粒二象性(1)波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性(2)粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性5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大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，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为普朗克常量易错判断(1)光子说中的光子，指的是光电子()(2)只要光足够强，照射时间足够长，就一定能发生光电效应()(3)极限频率越大的金属材料逸出功越大()知识点2粒子散射实验与核式结构模型1实验现象绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数粒子发生了大角度偏转，极少数粒子甚至被撞了回来如图1211所示粒子散射实验的分析图图12112原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转易错判断(1)原子核集中了原子全部的正电荷和质量()(2)原子中绝大部分是空的，原子核很小()(3)核式结构学说是卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出的()知识点3氢原子光谱和玻尔理论1光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱(2)光谱分类：线状谱光谱是一条条的亮线连续谱光谱是连在一起的光带(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式r(n3,4,5，)，r是里德伯常量，r1.10107 m1，n为量子数2玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hemen(h是普朗克常量，h6.631034 js)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的3氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图能级图如图1212所示图1212(2)氢原子的能级公式ene1(n1,2,3，)，其中e1为基态能量，其数值为e113.6_ev.(3)氢原子的半径公式rnn2r1(n1,2,3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r10.531010 m.易错判断(1)在玻尔模型中，原子的状态是不连续的()(2)发射光谱可能是连续光谱，也可能是线状谱()(3)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱()考查点：光的波粒二象性1(多选)下列说法中正确的是()a光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说b在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方c光的双缝干涉实验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗纹处落下光子的概率小d单个光子具有粒子性，大量光子具有波动性答案cd考查点：光电效应规律2(多选)在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()a增大入射光的强度，光电流增大b减小入射光的强度，光电效应现象消失c改用频率小于的光照射，一定不发生光电效应d改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大答案ad考查点：玻尔理论3氢原子由n1的状态激发到n4的状态，在它回到n1的状态的过程中，有以下说法：可能激发的能量不同的光子只有3种可能发出6种不同频率的光子可能发出的光子的最大能量为12.75 ev可能发出光子的最小能量为0.85 ev其中正确的说法是()abc d答案d考查点：粒子散射实验4(多选)在粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的粒子以不同的角度散射出来，则散射角度大的这个粒子()a更接近原子核b更远离原子核c受到一个以上的原子核作用d受到原子核较大的冲量作用答案ad对光电效应的理解1与光电效应有关的五组概念对比(1)光子与光电子：光子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，其本质是电子光子是因，光电子是果(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系2光电效应的研究思路(1)两条线索：(2)两条对应关系：入射光强度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题组通关1关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是()a光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫作光子b康普顿效应说明光具有波动性c对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关d石墨对x射线散射时，部分x射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应d光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光量子的简称，a错误；根据光电效应方程hw0euc可知，对于同种金属而言(逸出功一样)，入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，c错误；在石墨对x射线散射时，部分x射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应，康普顿效应说明光具有粒子性，b错误，d正确2(多选)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ad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，随入射光频率的增加而增大，选项d正确，c错误反思总结两点提醒(1)能否发生光电效应取决于入射光的频率而不是入射光的强度.(2)光电子的最大初动能随入射光子频率的增大而增大，但二者不是正比关系.爱因斯坦的光电效应方程及应用1三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程ekhw0.(2)光电子的最大初动能ek可以利用光电管用实验的方法测得，即ekeuc，其中uc是遏止电压(3)光电效应方程中的w0为逸出功，它与极限频率c的关系是w0hc.2四类图象图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能ek与入射光频率的关系图线极限频率：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颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图线遏止电压uc：图线与横轴的交点饱和光电流im：电流的最大值最大初动能：ekmeuc颜色不同时，光电流与电压的关系图线遏止电压uc1、uc2饱和光电流最大初动能ek1euc1，ek2euc2遏止电压uc与入射光频率的关系图线截止频率c：图线与横轴的交点遏止电压uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即hke.(注：此时两极之间接反向电压)多维探究考向1光电效应方程的应用1(多选)在光电效应实验中，分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为ua和ub、光电子的最大初动能分别为eka和ekb.h为普朗克常量下列说法正确的是()a若ab，则一定有uaubb若ab，则一定有ekaekbc若uaub，则一定有ekaekbd若ab，则一定有haekahbekb题眼点拨“照射同种金属”，说明两种情况下的逸出功相同；用ekhw0分析ek的大小，用quek分析遏止电压的大小bc光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为euek，根据光电效应方程可知ekhw0，若ab，则ekaekb，uaub，选项a错误，选项b正确；若uaub，则ekaekb，选项c正确；由光电效应方程可得w0hek，则haekahbekb，选项d错误2(多选)在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为、2的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为21，普朗克常量用h表示，光在真空中的速度用c表示则()a光电子的最大初动能之比为21b该金属的截止频率为c该金属的截止频率为d用波长为的单色光照射该金属时能发生光电效应bd由于两种单色光照射下，逸出的光电子的最大速度之比为21，由ekmv2可知，光电子的最大初动能之比为41，a错误；又由hwek知，hwmv，hwmv，又v12v2，解得wh，则该金属的截止频率为，b正确，c错误；光的波长小于或等于3时才能发生光电效应，d正确反思总结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，入射光频率大于这个截止频率时才能发生光电效应.(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.(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).2.人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34 ev，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s，求该紫外线的波长.(电子质量me9.111031 kg，普朗克常量h6.631034 js,1 ev1.601019 j)解析爱因斯坦提出的光子说很好地解释了光电效应现象由爱因斯坦光电效应方程：ekhw0光速、波长、频率之间关系：c联立得紫外线的波长为 m2.009107 m.答案爱因斯坦的光子说很好地解释了光电效应2009107 m考向2与光电效应有关的图象问题3(2018南昌模拟)如图1213甲所示是研究光电效应的电路图某同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流i与a、k两极之间的电压uak的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图乙所示则下列说法正确的是() 甲 乙图1213a甲光照射光电管发出光电子的初动能一定小于丙光照射光电管发出光电子的初动能b单位时间内甲光照射光电管发出光电子比乙光的少c用强度相同的甲、丙光照射该光电管，则单位时间内逸出的光电子数相等d对于不同种金属，若照射光频率不变，则逸出光电子的最大初动能与金属的逸出功为线性关系【自主思考】(1)在题图乙中，uc1和uc2的意义是什么？由此能否得出，甲、乙、丙三种光的频率关系？提示uc表示光电流为零时的反向电压，也就是遏止电压此时eucmev，又因mevhw.由以上两式得uc大的光的大，所以甲、乙、丙三种光的频率关系为丙甲乙(2)光强相同的两种色光，如何比较单位时间内照射到单位面积上的光子数的多少？提示频率大的光子能量大，在光强相同时，单位时间内照射到单位面积上的光子数就少d当光照射到k极时，如果入射光的频率足够大(大于k极金属的极限频率)，就会从k极发出光电子当反向电压增加到某一值时，电流表a中电流就会变为零，此时meveuc，式中vc表示光电子的最大初速度，e为电子的电荷量，uc为遏止电压，根据爱因斯坦光电效应方程可知丙光的最大初动能较大，故丙光的频率较大，但丙光照射光电管发出光电子的初动能不一定比甲光照射光电管发出光电子的初动能大，所以a错误对于甲、乙两束频率相同的光来说，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，所以b错误对甲、丙两束不同频率的光来说，光强相同是单位时间内照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等，由于丙光的光子频率较高，每个光子的能量较大，所以单位时间内照射到光电管单位面积上的光子数就较少，所以单位时间内发出的光电子数就较少，因此c错误对于不同金属，若照射光频率不变，根据爱因斯坦光电效应方程ekhw，知ek与金属的逸出功为线性关系，d正确4. 研究光电效应规律的实验装置如图1214所示，用频率为的光照射光电管阴极k时，有光电子产生由于光电管k、a间加的是反向电压，光电子从阴极k发射后将向阳极a做减速运动光电流i由图中电流计g测出，反向电压u由电压表v测出当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压uc，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是() 图1214b由光电效应规律可知，光电流的强度与光强成正比，光射到金属上时，光电子的发射是瞬时的，不需要时间积累，故a、d图象正确；从金属中发出的光电子，在反向电压作用下做减速运动，随着反向电压的增大，到达阳极的光电子数减少，故c图象正确；由光电效应方程可知：hh0ekm，而eucekm，所以有hh0euc，由此可知，b图象错误反思总结光电效应问题中的五个决定关系(1)逸出功w0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能.(2)入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数.(3)爱因斯坦光电效应方程：ekhw0.(4)最大初动能与遏止电压的关系：ekeuc.(5)逸出功与极限频率、极限波长的关系：w0hch.(多选)如图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()a该金属的逸出功等于eb该金属的逸出功等于h0c入射光的频率为20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abc由爱因斯坦的光电效应方程：ekhw0，对应图线可得，该金属的逸出功w0eh0，a、b均正确；若入射光的频率为20，则产生的光电子的最大初动能ek2h0w0h0e，故c正确；入射光的频率为时，该金属不发生光电效应，d错误对波粒二象性的理解1对光的波动性和粒子性的进一步理解光的波动性光的粒子性实验基础干涉和衍射光电效应、康普顿效应表现光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述大量的光子在传播时，表现出光的波动性当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质少量或个别光子容易显示出光的粒子性说明光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的光的波动性不同于宏观观念的波粒子的含义是“不连续”、“一份一份”的光子不同于宏观观念的粒子2.波动性和粒子性的对立与统一(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强(3)光子说并未否定波动说，eh中，和就是波的概念(4)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的题组通关3(2018济南模拟)关于波粒二象性，下列说法中正确的是() 甲 乙 丙 丁图1215a图甲中紫光照射到锌板上可以发生光电效应，则其他可见光照射到锌板上也一定可以发生光电效应b图乙中入射光的强度越大，则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大c图丙说明光子既有粒子性也有波动性d戴维孙和汤姆孙利用图丁证明了电子具有波动性d在可见光中，紫光的频率最大，故紫光光子的能量最大，紫光照射到锌板上可以发生光电效应，但其他可见光照射到锌板上不一定发生光电效应，a错误；入射光的强度只能改变单位时间内逸出光电子的数量，但不能增大逸出光电子的最大初动能，b错误；光的散射揭示了光的粒子性，没有揭示光的波动性，c错误；衍射是波特有的现象，故电子束衍射实验证明了电子具有波动性，d正确42017年年初，我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm109 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲，“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h6.61034 js，真空光速c3108 m/s)() a1021 jb1018 jc1015 j d1012 jb一个处于极紫外波段的光子所具有的能量ehh6.61034 j1018 j，选项b正确氢原子能级和能级跃迁1两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级低能级，释放能量，发出光子光子的频率.(2)受激跃迁：低能级高能级，吸收能量光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差he.碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，e外e.大于电离能的光子被吸收，将原子电离2电离电离态与电离能电离态：n，e0基态电离态：e吸0(13.6 ev)13.6 ev电离能n2电离态：e吸0e23.4 ev如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能3谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1)(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法用数学中的组合知识求解：.利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加题组通关5(多选)氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从n为3、4、5、6的能级直接向n2能级跃迁时产生的四条谱线中，一条红色、一条蓝色、两条紫色，则下列说法正确的是()a红色光谱是氢原子从n3能级向n2能级跃迁