【与名师对话】高考物理总复习 第十六章 第一讲 波粒二象性课件 新人教版选修35 .ppt

对应学生用书p244 一 光电效应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的现象 2 规律 1 每种金属都有一个极限频率 2 光子的最大初动能与入射光的强度无关 只随入射光的频率增大而增大 3 光照射到金属表面时 光电子的发射几乎是瞬时的 4 光电流的强度与入射光的强度成正比 3 方程 ek h w0 问题探究1发生光电效应时 光电子的最大初动能随光照频率增大而增大 为什么初动能不一定增大 提示 光电效应方程ekm h w中的光电子最大初动能是指金属表面的电子吸收光子能量后飞出时具有的动能 而光电子的初动能是指飞出金属时的动能 可能是内部的电子吸收能量后经复杂过程飞出 因此光照频率大的可能初动能小 而光照频率小的可能光电子的初动能大 问题探究2入射光的强度越大 其频率就一定越大吗 提示 入射光的强度是指单位时间内入射光到金属表面单位面积上光子的总能量 即e nh 因此在光子数一定时 光强度增大 频率就越大 但若光子数增多时 光强度增大 其频率可能不变 也可能减小 二 光子说1 内容 空间传播的光是一份一份的 每一份叫一个光子 一个光子的能量为e h 2 意义 1 解释了光电效应现象 2 说明了光具有粒子性 对应学生用书p245 要点一光子说对光电效应规律的解释 1 照射光的频率决定着是否发生光电效应及光电子的初动能 2 光电子是金属表面受光照射出来的电子 与光子不同 对光电效应的解释正确的是 a 金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子 当它积累的动能足够大时 就能逸出金属b 如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功 便不能发生光电效应c 发生光电效应时 入射光越强 光子的能量就越大 光电子的最大初动能就越大d 由于不同金属的逸出功是不相同的 因此使不同金属产生光电效应入射光的最低频率也不同 解析 按照爱因斯坦的光子说 光的能量是由光的频率决定的 与光强无关 入射光的频率越大 发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大 但要使电子离开金属须使电子具有足够的动能 而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量 但电子只能吸收一个光子 不能吸收多个光子 否则即使光的频率低 只要照射时间足够长 也会发生光电效应 电子从金属逸出时只有从金属表面向外逃出的电子克服原子核的引力所做的功最小 答案 bd 2 ek 曲线 如右图所示 3 由ek 曲线可以得到的物理量 1 极限频率 图线与 轴交点的横坐标 0 2 逸出功 图线与ek轴交点的纵坐标的值w0 e 3 普朗克常量 图线的斜率k h 在做光电效应的实验时 某金属被光照射发生了光电效应 实验测得光电子的最大初动能ek与入射光的频率 的关系如右图所示 由实验图线可求出 a 该金属的极限频率和极限波长b 普朗克常量c 该金属的逸出功d 单位时间逸出的光电子数 要点三光的波动性与粒子性的比较 对应学生用书p246 题型一光电效应跟其它知识相结合的综合问题 1 光电效应与其它知识相结合的问题 以上这几类问题的结合点为光的频率 或波长 高考中 由于题量的限制及在学科内进行综合的命题思想指导下 光学部分最多出两个小题 一般情况下是一个小题 所以命题的重点放在了几何光学和物理光学的结合点上 这一结合点就是光的频率 一般从几何关系的折射光路给出信息 找出各种色光的频率关系 由折射率n判断 然后再与光电效应规律 光的干涉 光的衍射 光子的能量及能级跃迁相结合 2 光电效应现象有力地证明了光具有粒子性 而光的干涉和衍射现象又说明了光具有波动性 因此光具有波粒二象性 大量光子的行为往往显示出波动性 少量光子的行为更易显示出粒子性 波长短的光产生的现象其粒子性更明显 而波长越长的光往往波动性越显著 例1 2011 湖南衡阳联考 如图所示 一束白光通过三棱镜折射后分为各种颜色的单色光 取其中的a b c三种色光 并分别让这三种色光通过同一双缝干涉实验装置在光屏上产生干涉条纹 则下面说法正确的是 a a b c三种色光在水中传播速度va vb vcb a的光子能量最小c a形成的干涉条纹间距最小d 若b光能使某金属产生光电效应 则a光一定能使这金属产生光电效应 1 解决问题的关键找出 n v 及偏折角之间的关系 2 本类问题要想准确快速的解答 要在理解的基础上熟记上述关系 颜色不同的a光和b光由介质射向空气 临界角分别为ca和cb 且ca cb 当用a光照射某种金属时发生了光电效应 现改用b光照射 可以断定 a 不一定能发生光电效应b 光电子的最大初动能增大c 光电子数目减少d 光电子数目增大 答案 b 题型二光电效应方程的应用例2如右图所示 当开关s断开时 用光子能量为2 5ev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 60v时 电流表读数仍不为零 当电压表读数大于或等于0 60v时 电流表读数为零 1 求此时光电子的最大初动能的大小 2 求该阴极材料的逸出功 解题样板 设用光子能量为2 5ev的光照射时 光电子的最大初动能为ek 阴极材料逸出功为w0 当反向电压达到u 0 60v以后 具有最大初动能的光电子也达不到阳极 因此eu ek 4分由光电效应方程ek h w03分由以上二式ek 0 6ev w0 1 9ev2分所以此时最大初动能为0 6ev 该阴极材料的逸出功为1 9ev 答案 1 0 6ev 2 1 9ev 光电效应现象中射出的光电子具有一定动能 因此易与电场 磁场相结合命制综合性较强的试题 射出的光电子的动能是解决这类问题的重要条件 可由爱因斯坦光电效应方程求得 波长为 0 17 m的紫外线照射至金属筒上能使其发射光电子 光电子在磁感应强度为b的匀强磁场中 做最大半径为r的匀速圆周运动时 已知r b 5 6 10 6t m 光电子质量m 9 1 10 31kg 电荷量e 1 6 10 19c 求 1 光电子的最大动能 2 金属筒的逸出功 易错点 对光电效应现象以及结论不理解 不能利用爱因斯坦光电效应方程计算 2010 浙江 在光电效应实验中 飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线 甲光 乙光 丙光 如图所示 则可判断出 a 甲光的频率大于乙光的频率b 乙光的波长大于丙光的波长c 乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率d 甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 易错分析 不明白光电流与电压之间的关系 不知道截止电压的含义 错选c项 不能根据题干所给的图象 求出三种色光频率的关系 错选a项 正确解答 本题考查爱因斯坦光电效应方程的应用 及对截止频率 最大初动能等概念的理解 2011 福建 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 填选项前的字母 a 逸出功与 有关b ekm与入射光强度成正比c 当 0时 会逸出光电子d 图中直线的斜率与普朗克常量有关 解析 金属的逸出功由金属本身决定 与入射光的频率无关 a错 由ekm h h 0可知 ekm与入射光的频率有关 与入射光的强度无关 b错 当入射光的频率小于极限频率时不会发生光电效应 不会逸出光电子 c错 由ekm h h 0可知图线的斜率与普朗克常量有关 d对 答案为d 答案 d 对应学生用书p247 1 2011 岳阳模拟 如右图所示是光电效应演示实验装置图 验电器与锌板相连 现用一弧光灯照射锌板一段时间 关灯后 验电器的指针保持一定偏角 下列说法中正确的是 a 用一带负电 电量较少 的金属小球与锌板接触 则验电器指针偏角将减小b 用一带负电 电量较少 的金属小球与锌板接触 则验电器指针偏角将增大c 使验电器指针回零后 改用光强更大的弧光灯照射锌板相同的时间 验电器指针偏角比原来更大d 使验电器指针回零后 改用光强更大的红外线照射锌板相同的时间 验电器指针偏角比原来更大 解析 用弧光灯照射锌板发生光电效应 锌板发出光电子后带正电 与带负电的小球接触时 验电器偏角将减小 a正确 b错误 改用光强更大的弧光灯照射 锌板逸出光电子增多 c正确 改用红外线照射 锌板不能发生光电效应 d错误 答案 ac 2 在光电效应现象中 下列说法中正确的是 a 入射光的强度越大 光电子的最大初动能越大b 光电子的最大初动能随照射光的频率增大而增大c 对于任何一种金属都存在一个 最大波长 入射光的波长必须小于此波长 才能产生光电效应d 对于某种金属 只要入射光的强度足够大 就会发生光电效应 解析 光电子的最大初动能与照射光的频率有关 与入射光的强度无关 故选项a错 b对 对于任何一种金属都存在一个发生光电效应的入射光的最小频率 极限频率 对应着 最大波长 故选项c对 d错 答案 bc 3 对爱因斯坦光电效应方程ek h w 下面的理解正确的是 a 只要是用同种频率的光照射同一种金属 那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能ekb 式中的w表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功c 逸出功w和极限频率 0之间应满足关系式w h 0d 光电子的最大初动能和入射光的频率成正比 解析 爱因斯坦光电效应方程ek h w中的w表示从金属表面直接逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功 因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值 对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的 其他光电子的初动能都小于这个值 故a b错误 若入射光的频率恰好是极限频率 即刚好能有光电子逸出 可理解为逸出的光电子的最大初动能是0 因此有w h 0 c对 由ek h w可知ek和 之间是一次函数关系 但不是成正比关系 d错误 答案 c 4 如图所示 两束不同的单色光a1和b1 分别沿半径射入截面为半圆形的玻璃砖后 经过圆心o分别沿oa2方向和ob2方向射出 且两入射光之间的夹角和两出射光之间的夹角都等于 该角小于10 下列说法中正确的是 a 在玻璃中b1光传播的速度较大b a1光的光子能量较大c 用a1 b1光分别做双缝干涉实验 实验条件相同 则a1光在屏上形成的明条纹宽度较大d 若用b1光照射某金属板能产生光电效应 则用a1光照射该金属板也