高中物理一轮复习选修3-5 第二章.ppt

第二章波粒二象性 知识点1光电效应 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 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 大于 强度 增大 几乎是瞬时 正比 知识点2爱因斯坦光电效应方程 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 h 最小值 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 4 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 电子 W0 逸出功W0 5 对光电效应规律的解释 增大 积累能量 光电子 思考辨析 1 光电效应中的 光 指的是可见光 2 只要光照射的时间足够长 任何金属都能产生光电效应 3 光电子就是光子 4 入射光的强度相同 则入射光的频率一定相同 5 极限频率越大的金属材料逸出功越大 6 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 7 入射光的频率越大 逸出功越大 8 光电子的最大初动能与入射光的频率无关 分析 1 光电效应中的 光 不是特指可见光 也包括不可见光 1 错 2 每种金属都存在截止频率 小于截止频率的光照射时间再长也不会产生光电效应 2 错 3 光电子实质上是电子 3 错 4 光强是单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量nh 即光强与光子数n和频率 都有关系 4 错 5 逸出功W0 h 0 0越大 W0越大 5 正确 6 由Ek h W0知 只有在光照频率不变的情况下 Ek越大 W0越小 6 错 7 逸出功由金属本身决定 与其他因素无关 7 错 8 光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 8 错 考点1光电效应规律的理解 三年5考 深化理解 考点解读 区分光电效应中的五组概念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 光子是光电效应的因 光电子是果 2 光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时 电子吸收光子的全部能量 可能向各个方向运动 需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量 剩余部分为光电子的初动能 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 光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能 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饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的 对于不同频率的光 由于每个光子的能量不同 饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系 典例透析1 2013 海淀区模拟 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 则 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 解题探究 1 电子吸收光子的能量 需要一定的时间积累吗 提示 不需要积累吸收能量的时间 2 光电子的最大初动能与入射光的强度有关吗 提示 无关 3 产生光电效应的条件是什么 提示 入射光的频率大于极限频率 解析 选C 光电效应的发生几乎是瞬时的 一般不超过10 9s 且与入射光的强度无关 A错 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 只随着入射光频率的增大而增大 入射光的强度减弱而频率保持不变 逸出的光电子的最大初动能将不变 B错 光强减弱单位时间内入射的光子数减少 则单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 C对 只要入射光的频率大于极限频率就能产生光电效应 入射光只是强度减弱而频率保持不变 故仍能发生光电效应 D错 总结提升 解决光电效应规律问题的技巧熟练掌握光电效应规律是解决此类问题的关键 光电效应实验规律可理解记忆 放不放 光电子 看光限 入射光最低频率 放多少 光电子 看光强 光电子的 最大初动能 大小 看 入射光的 频率 要放瞬时放 变式训练 硅光电池是利用光电效应原理制成的器件 下列表述正确的是 A 硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B 硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出C 逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D 任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应 解析 选A 光电效应是光 包括不可见光 照射金属使其逸出电子的现象 因此 硅光电池是把光能转化为电能的一种装置 A正确 根据光电效应规律知 大于极限频率的光才能被金属中的电子吸收而发生光电效应 跑向金属内部的电子并不能飞出金属 B D错误 光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 C错误 考点2光电效应的图像分析 三年9考 对比分析 考点解读 典例透析2 2013 淮安模拟 从1907年起 美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量 他通过如图所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率 作出Uc 的图像 由此算出普朗克常量h 并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较 以检验爱因斯坦方程的正确性 图中频率 1 2 遏止电压Uc1 Uc2及电子的电荷量e均为已知 求 1 普朗克常量h 2 该金属的截止频率 0 解题探究 1 试分析得出Uc与 的关系式用到的公式 最大初动能Ek与光的频率 的关系 最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系 2 Uc 图线与横轴交点的物理意义是什么 提示 与遏止电压Uc 0对应的频率是截止频率 0 Ek h W0 Ek eUc 解析 根据爱因斯坦光电效应方程Ek h W0及动能定理eUc Ek得结合图像知普朗克常量 答案 1 2 总结提升 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h 0 h W0 3 应用光电效应方程Ek h W0时 注意能量单位电子伏和焦耳的换算 1eV 1 6 10 19J 4 作为能量守恒的一种表达式可以定性理解方程h W0 mv2的意义 即入射光子的能量一部分相当于转换在金属的逸出功上 剩余部分转化为光电子的动能 对某种金属来说W0为定值 因而光子频率 决定了能否发生光电效应及光电子的初动能大小 每个光子的一份能量h 与一个光电子的动能mv2对应 变式训练 2011 福建高考 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 的关系如图所示 其中 0为极限频率 从图中可以确定的是 A 逸出功与 有关B Ekm与入射光强度成正比C