选修3-52波粒二象性【2015《物理复习方略》一轮复习课件沪科版】

1、第 二 章波粒二象性知识点知识点1 1 光电效应光电效应【思维激活【思维激活1 1】( (多选多选) )如图所示如图所示, ,用导线用导线把验电器与锌板相连接把验电器与锌板相连接, ,当用紫外线照射当用紫外线照射锌板时锌板时, ,发生的现象是发生的现象是( () )A.A.有光子从锌板逸出有光子从锌板逸出B.B.有电子从锌板逸出有电子从锌板逸出C.C.验电器指针张开一个角度验电器指针张开一个角度D.D.锌板带负电锌板带负电【解析【解析】选选B B、C C。用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的。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锌板上的电子吸收紫

2、外线的能量从锌板表面逸出, ,称之为光电称之为光电子子, ,故故A A错误、错误、B B正确正确; ;锌板与验电器相连锌板与验电器相连, ,带有相同电性的电荷带有相同电性的电荷, ,锌板失去电子应该带正电锌板失去电子应该带正电, ,且失去电子越多且失去电子越多, ,带正电的电荷量越带正电的电荷量越多多, ,验电器指针张角越大验电器指针张角越大, ,故故C C正确、正确、D D错误。错误。【知识梳理【知识梳理】1.1.定义：照射到金属表面的光定义：照射到金属表面的光, ,能使金属中的能使金属中的_从表面逸从表面逸出的现象。出的现象。2.2.光电子：光电子：_中发射出来的电子。中发射出来的电子。3

3、.3.光电效应规律：光电效应规律：(1)(1)每种金属都有一个极限频率每种金属都有一个极限频率, ,入射光的频率必须入射光的频率必须_这个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。电效应。(2)(2)光电子的最大初动能与入射光的光电子的最大初动能与入射光的_无关无关, ,只随入射光频只随入射光频率的增大而率的增大而_。电子电子光电效应光电效应大于大于强度强度增大增大(3)(3)光电效应的发生光电效应的发生_的的, ,一般不超过一般不超过1010-9-9s s。(4)(4)当入射光的频率大于极限频率时当入射光的频率大于极限

4、频率时, ,饱和光电流的强度与饱和光电流的强度与入射光的强度成入射光的强度成_。几乎是瞬时几乎是瞬时正比正比知识点知识点2 2 爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程【思维激活【思维激活2 2】(2012(2012上海高考上海高考) )在光电效应实验中在光电效应实验中, ,用单色光用单色光照射某种金属表面照射某种金属表面, ,有光电子逸出有光电子逸出, ,则光电子的最大初动能取决则光电子的最大初动能取决于入射光的于入射光的( () )A.A.频率频率B.B.强度强度C.C.照射时间照射时间D.D.光子数目光子数目【解析】【解析】选选A A。根据爱因斯坦光电效应方程。根据爱因斯坦光电效应方程E

5、 Ek k=h-W=h-W0 0可知可知, ,当金当金属的极限频率确定时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光电子的最大初动能取决于入射光的频率率, ,与光照强度、照射时间、光子数目无关与光照强度、照射时间、光子数目无关, ,选项选项A A对对,B,B、C C、D D错。错。【知识梳理【知识梳理】1.1.光子说：在空间传播的光是不连续的光子说：在空间传播的光是不连续的, ,而是一份一份的而是一份一份的, ,每一每一份叫作一个光的能量子份叫作一个光的能量子, ,简称光子简称光子, ,光子的能量光子的能量=_=_。其中。其中h=6.63h=6.631010-34-34J Js

6、 s。( (称为普朗克常量称为普朗克常量) )2.2.逸出功逸出功W W0 0：使电子脱离某种金属所做功的：使电子脱离某种金属所做功的_。3.3.最大初动能：发生光电效应时最大初动能：发生光电效应时, ,金属表面上的金属表面上的_吸收光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。子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。hh最小值最小值电子电子4.4.爱因斯坦光电效应方程：爱因斯坦光电效应方程：(1)(1)表达式：表达式：E Ek k=h=h-_-_。(2)(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hh, ,这些能量的

7、一部分用来克服金属的这些能量的一部分用来克服金属的_,_,剩下的表剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能现为逸出后光电子的最大初动能E Ek k=_=_。2ec1m v2W W0 0逸出功逸出功W W0 05.5.对光电效应规律的解释：对光电效应规律的解释：对应规律对应规律对规律的产生的解释对规律的产生的解释存在极限存在极限频率频率0 0电子从金属表面逸出电子从金属表面逸出, ,首先必须克服金属原子首先必须克服金属原子核的引力做功核的引力做功W W0 0, ,要使入射光子的能量不小于要使入射光子的能量不小于W W0 0, ,对应的频率对应的频率0 0=_,=_,即极限频率即极限频率光电子的最大光

8、电子的最大初动能随着入初动能随着入射光频率的增射光频率的增大而增大大而增大, ,与入与入射光强度无关射光强度无关电子吸收光子能量后电子吸收光子能量后, ,一部分克服阻碍作用做一部分克服阻碍作用做功功, ,剩余部分转化为光电子的初动能剩余部分转化为光电子的初动能, ,只有直只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能能, ,对于确定的金属对于确定的金属,W,W0 0是一定的是一定的, ,故光电子的故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而最大初动能只随入射光的频率增大而_0Wh增大增大对应规律对应规律对规律的产生的解释对规律的产生的解释效应具有效应具有瞬时

9、性瞬时性光照射金属时光照射金属时, ,电子吸收一个光子的能量后电子吸收一个光子的能量后, ,动能立即增大动能立即增大, ,不需要不需要_的过程的过程光较强时光较强时饱和电流大饱和电流大光较强时光较强时, ,包含的光子数较多包含的光子数较多, ,照射金属时产照射金属时产生的生的_较多较多, ,因而饱和电流较大因而饱和电流较大积累能量积累能量光电子光电子【微点拨【微点拨】1.1.对光电效应的四点提醒：对光电效应的四点提醒：(1)(1)能否发生光电效应能否发生光电效应, ,不取决于光的强度而取决于光的频率。不取决于光的强度而取决于光的频率。(2)(2)光电效应中的光电效应中的“光光”不是特指可见光不

10、是特指可见光, ,也包括不可见光。也包括不可见光。(3)(3)逸出功的大小由金属本身决定逸出功的大小由金属本身决定, ,与入射光无关。与入射光无关。(4)(4)光电子不是光子光电子不是光子, ,而是电子。而是电子。2.2.波粒二象性的三个易错点：波粒二象性的三个易错点：(1)(1)光子表现为波动性光子表现为波动性, ,并不否认光具有粒子性。并不否认光具有粒子性。(2)(2)宏观物体也具有波动性。宏观物体也具有波动性。(3)(3)微观粒子的波动性与机械波不同微观粒子的波动性与机械波不同, ,微观粒子的波是概率波。微观粒子的波是概率波。考点考点1 1 光电效应规律的理解光电效应规律的理解 区分光电

11、效应中的五组概念区分光电效应中的五组概念1.1.光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量, ,光子光子不带电不带电; ;光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子, ,其本其本质是电子。光子是光电效应的因质是电子。光子是光电效应的因, ,光电子是果。光电子是果。深化深化理解理解 2.2.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电子吸收光子的全部能量, ,可能向各个方向运动可能向各个方向运动, ,需克服原子核需克

12、服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量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剩余部分为光电子的初动能动能; ;只有金属表面的电子直接向外飞出时只有金属表面的电子直接向外飞出时, ,只需克服原子核的只需克服原子核的引力做功的情况引力做功的情况, ,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。于光电子的最大初动能。3.3.光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极, ,回路回路中便产生光电流中便产生光电流, ,随着所加正向电压的增大随着所加正向电压的增大, ,光电流趋于一个

13、饱光电流趋于一个饱和值和值, ,这个饱和值是饱和光电流这个饱和值是饱和光电流, ,在一定的光照条件下在一定的光照条件下, ,饱和光饱和光电流与所加电压大小无关。电流与所加电压大小无关。4.4.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。属表面单位面积上的总能量。5.5.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, ,对于不对于不同频率的光同频率的光, ,由于

14、每个光子的能量不同由于每个光子的能量不同, ,饱和光电流与入射光强饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。度之间没有简单的正比关系。【题组通关方案【题组通关方案】【典题【典题1 1】入射光照射到某金属表面上发生光电效应入射光照射到某金属表面上发生光电效应, ,若入射光若入射光的强度减弱的强度减弱, ,而频率保持不变而频率保持不变, ,则则( () )A.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增加B.B.逸出的光电子的最大初动能将减小逸出的光电子的最大初动能将减小C.C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少单位

15、时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D.D.有可能不发生光电效应有可能不发生光电效应【典题解析【典题解析】选选C C。光电效应的发生几乎是瞬时的。光电效应的发生几乎是瞬时的, ,一般不超过一般不超过1010-9-9s,s,且与入射光的强度无关且与入射光的强度无关,A,A错错; ;光电子的最大初动能与入射光电子的最大初动能与入射光的强度无关光的强度无关, ,只随着入射光频率的增大而增大只随着入射光频率的增大而增大, ,入射光的强度入射光的强度减弱而频率保持不变减弱而频率保持不变, ,逸出的光电子的最大初动能将不变逸出的光电子的最大初动能将不变,B,B错错; ;光强减弱光强减弱, ,单位时间内入

16、射的光子数减少单位时间内入射的光子数减少, ,则单位时间内从金属则单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少表面逸出的光电子数目将减少,C,C对对; ;只要入射光的频率大于极只要入射光的频率大于极限频率就能产生光电效应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入射光只是强度减弱而频率保持不变变, ,故仍能发生光电效应故仍能发生光电效应,D,D错。错。【典题【典题2 2】(2012(2012江苏高考江苏高考)A)A、B B两种光子的能量之比为两种光子的能量之比为21,21,它们都能使某种金属发生光电效应它们都能使某种金属发生光电效应, ,且所产生的光电子最大初且所产生的光电子最大

17、初动能分别为动能分别为E EA A、E EB B。求。求A A、B B两种光子的动量之比和该金属的逸两种光子的动量之比和该金属的逸出功。出功。【典题解析【典题解析】光子能量光子能量=h=h, ,动量动量p=p=且且=得得p=p=则则p pA AppB B=21=21A A照射时照射时, ,光电子的最大初动能光电子的最大初动能E EA A=A A-W-W0 0。同理同理,E,EB B=B B-W-W0 0, ,解得解得W W0 0=E=EA A-2E-2EB B答案：答案：2121E EA A-2E-2EB Bh,cc，【加固训练【加固训练】1.1.硅光电池是利用光电效应原理制成的器件硅光电池是

18、利用光电效应原理制成的器件, ,下列表述正确的下列表述正确的是是( () )A.A.硅光电池是把光能转变为电能的一种装置硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B.B.硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出C.C.逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D.D.任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应【解析【解析】选选A A。光电效应是光。光电效应是光( (包括不可见光包括不可见光) )照射金属使其逸照射金属使其逸出电子的现象出电子的现象, ,因此因此, ,硅光电池是把

19、光能转化为电能的一种装硅光电池是把光能转化为电能的一种装置置,A,A正确。根据光电效应规律知正确。根据光电效应规律知, ,大于极限频率的光才能被金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跑向金属内部的电子并不能飞出金属飞出金属,B,B、D D错误。光电子的最大初动能随入射光频率的增错误。光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大大而增大,C,C错误。错误。2.2.已知金属铯的极限波长为已知金属铯的极限波长为0.66m,0.66m,用用0.50m0.50m的光照射铯金的光照射铯金属表面时发射光电子的最大初动能为多少焦耳属表面时

20、发射光电子的最大初动能为多少焦耳? ?铯金属的逸出铯金属的逸出功为多少焦耳功为多少焦耳?(?(普朗克常量普朗克常量h=6.63h=6.631010-34-34J Js)s)【解析【解析】金属铯发生光电效应的极限频率金属铯发生光电效应的极限频率0 0= =金属铯的逸出功金属铯的逸出功W=hW=h0 0= =6.63=6.631010-34-34331010-19-19 J J由光电效应方程由光电效应方程E Ek k=h-W=h-W0 0= =6.63=6.631010-34-343 310108 8=9.6=9.61010-20-20 J J答案：答案：9.69.61010-20-20 J 3

21、J 31010-19-19 J J0c。0ch863 10J0.66 1000cc11hhhc()6611()J0.50 100.66 10【学科素养升华【学科素养升华】光电效应的两个决定关系光电效应的两个决定关系(1)(1)逸出功逸出功W W0 0一定时一定时, ,入射光的频率决定着能否产生光电效应以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。及光电子的最大初动能。(2)(2)入射光的频率一定时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入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。出来的光电子数。考点考点2 2 光电效应的图像分析光电效应的图像分析 对比对比分析

22、分析图像名称图像名称图线形状图线形状由图线直接由图线直接( (间接间接) )得到的物理量得到的物理量最大初动能最大初动能E Ek k与入射光与入射光频率频率的关的关系图线系图线极限频率：图线与极限频率：图线与轴轴交点的横坐标交点的横坐标c c逸出功：图线与逸出功：图线与E Ek k轴交轴交点的纵坐标的值点的纵坐标的值W W0 0=|-E|=E=|-E|=E普朗克常量：图线的斜普朗克常量：图线的斜率率k=hk=h颜色相同、颜色相同、强度不同的强度不同的光光, ,光电流与光电流与电压的关系电压的关系遏止电压遏止电压U Uc c：图线与横：图线与横轴的交点轴的交点饱和光电流饱和光电流I Im m：电

23、流的：电流的最大值最大值最大初动能：最大初动能：E Ekmkm=eU=eUc c图像名称图像名称图线形状图线形状由图线直接由图线直接( (间接间接) )得到的物理量得到的物理量颜色不同时颜色不同时, ,光电流与电光电流与电压的关系压的关系遏止电压遏止电压U Uc1c1、U Uc2c2饱和光电流饱和光电流最大初动能最大初动能E Ek1k1=eU=eUc1c1,E,Ek2k2=eU=eUc2c2遏止电压遏止电压U Uc c与入射光频与入射光频率率的关系的关系图线图线截止频率截止频率c c：图线与横：图线与横轴的交点轴的交点遏止电压遏止电压U Uc c：随入射光：随入射光频率的增大而增大频率的增大而

24、增大普朗克常量普朗克常量h h：等于图线：等于图线的斜率与电子电量的乘积的斜率与电子电量的乘积, ,即即h=keh=ke。( (注：此时两极之注：此时两极之间接反向电压间接反向电压) )【题组通关方案【题组通关方案】【典题【典题3 3】(2011(2011福建高考福建高考) )爱因斯坦因提出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了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得获得19211921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能电子的最大初动能E Ekmkm与入射光频率与入射光频率的关系如的关系如图所示图所示, ,其中其中0 0为极限频

25、率。从图中可以确定为极限频率。从图中可以确定的是的是( () )A.A.逸出功与逸出功与有关有关B.EB.Ekmkm与入射光强度成正比与入射光强度成正比C.C.当当0 0时时, ,会逸出光电子会逸出光电子D.D.图中直线的斜率与普朗克常量有关图中直线的斜率与普朗克常量有关【典题解析【典题解析】选选D D。金属的逸出功与入射光的频率。金属的逸出功与入射光的频率无关无关, ,只与只与极限频率极限频率0 0有关有关,A,A错错; ;光电子的最大初动能与入射光强度无关光电子的最大初动能与入射光强度无关, ,与入射光的频率和金属的逸出功有关与入射光的频率和金属的逸出功有关,B,B错错; ;当入射光的频率

26、小当入射光的频率小于极限频率于极限频率, ,不能发生光电效应现象不能发生光电效应现象,C,C错错; ;据光电效应方程据光电效应方程E Ek k=h-W=h-W0 0可知可知, ,图像的斜率即为普朗克常量图像的斜率即为普朗克常量,D,D对。对。【典题【典题4 4】(2013(2013浙江高考浙江高考) )小明用金属铷为阴极的光电管观小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象测光电效应现象, ,实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量量h=6.63h=6.631010-34-34J Js s。(1)(1)图甲中电极图甲中电极A A为光电管的为光电管的( (选填

27、选填“阴极阴极”或或“阳极阳极”););(2)(2)实验中测得铷的遏止电压实验中测得铷的遏止电压U Uc c与入射光频率与入射光频率之间的关系如之间的关系如图乙所示图乙所示, ,则铷的截止频率则铷的截止频率c c= = Hz,Hz,逸出功逸出功W W0 0= =J;J;(3)(3)如果实验中入射光的频率如果实验中入射光的频率=7.00=7.0010101414Hz,Hz,则产生的光电子则产生的光电子的最大初动能的最大初动能E Ek k= =J J。【典题解析【典题解析】(1)(1)由光电管的结构知由光电管的结构知,A,A为阳极。为阳极。(2)U(2)Uc c-图像中横轴的截距表示截止频率图像中

28、横轴的截距表示截止频率,c c=5.14=5.1410101414Hz,Hz,逸出功逸出功W W0 0=h=hc c=6.63=6.631010-34-345.145.1410101414J=3.41J=3.411010-19-19J J。(3)(3)由爱因斯坦的光电效应方程由爱因斯坦的光电效应方程E Ek k=h-W=h-W0 0=6.63=6.631010-34 -34 7.007.0010101414J-3.41J-3.411010-19-19J=1.23J=1.231010-19-19J J。答案：答案：(1)(1)阳极阳极(2)(5.12(2)(5.125.18)5.18)10101

29、414(3.39(3.393.43)3.43)1010-19-19(3)(1.21(3)(1.211.25)1.25)1010-19-19【加固训练【加固训练】1.1.研究光电效应规律的实验装置如图所示研究光电效应规律的实验装置如图所示, ,以频率为以频率为的光照的光照射光电管阴极射光电管阴极K K时时, ,有光电子产生。由于光电管有光电子产生。由于光电管K K、A A间加的是反间加的是反向电压向电压, ,光电子从阴极光电子从阴极K K发射后将向阳极发射后将向阳极A A做减速运动。光电流做减速运动。光电流i i由图中电流计由图中电流计G G测出。反向电压测出。反向电压U U由电压表由电压表V

30、V测出测出, ,且遏止电压为且遏止电压为U U0 0。在下列表示光电效应实验规律的图像中。在下列表示光电效应实验规律的图像中, ,错误的是错误的是( () )【解析【解析】选选B B。当反向电压。当反向电压U U和入射光频率和入射光频率一定时一定时, ,光电效应光电效应产生的光电子数与光强成正比产生的光电子数与光强成正比, ,则单位时间内到达阳极则单位时间内到达阳极A A的光电的光电子数与光强也成正比子数与光强也成正比, ,故光电流故光电流i i与光强与光强I I成正比成正比, ,所以选项所以选项A A正正确。由动能定理得确。由动能定理得-eU-eU0 0=0-E=0-Ek k, ,又因又因E

31、 Ek k=h-W=h-W0 0, ,所以可知遏止电所以可知遏止电压压U U0 0与频率与频率是线性关系是线性关系, ,但不是正比例关系但不是正比例关系, ,故选项故选项B B错误。错误。当光强与入射光频率一定时当光强与入射光频率一定时, ,单位时间内逸出的光电子数及其单位时间内逸出的光电子数及其最大初动能是一定的最大初动能是一定的, ,所形成的光电流强度会随反向电压的增所形成的光电流强度会随反向电压的增大而减小大而减小, ,选项选项C C正确。根据光电效应的瞬时性规律正确。根据光电效应的瞬时性规律, ,可知选项可知选项D D正确。正确。2.2.从从19071907年起年起, ,美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光美国物理学家