高考物理新课标一轮复习第十四章动量近代物理初步第2讲波粒二象性

1、课标版课标版 物理物理第2讲波粒二象性一、光电效应一、光电效应1.定义:在光的照射下,金属中的 从表面逸出的现象(发射出的电子称为光电子)。2.产生条件:入射光的频率 金属的极限频率。3.光电效应规律(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。(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。教材研读教材研读电子电子大于大于(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10-9 s。自测自测1关于光电效应的规律,

2、下列说法中正确的是( )A.只有入射光的波长大于该金属的极限波长,光电效应才能产生B.光电子的最大初动能跟入射光强度成正比C.发生光电效应的反应时间一般都大于10-7 sD.发生光电效应时,单位时间内从金属中逸出的光电子数目与入射光强度成正比答案 D由=h=h知,当入射光波长小于金属的极限波长时,发生光电效应,A错误;由Ek=h-W0知,光电子的最大初动能由入射光频率决定,与入射光强度无关,B错误;发生光电效应的时间一般不超过10-9 s,C错误。c二、爱因斯坦光电效应方程二、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

3、= 。其中h=6.6310-34 Js(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。4.爱因斯坦光电效应方程h 最小值最小值电子电子(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=mev2。自测自测2 (辨析题)(1)光电子就是光子。( )(2)极限频率越大的金属材料逸出功越大。( )(3)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。( )(4)入射

4、光的频率越大,逸出功越大。( )答案 D (1) (2) (3) (4)12 W0逸出功逸出功W0三、光的波粒二象性与物质波三、光的波粒二象性与物质波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有 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。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。hp波动波动粒子粒子波粒二象

5、波粒二象大大 小小自测自测3对光的认识,下列说法不正确的是( )A.个别光子的行为表现出粒子性,大量光子的行为表现出波动性B.光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的C.光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现出粒子性时,就不再具有波动性了D.光的波粒二象性应理解为:在某种情况下光的波动性表现得明显,在另外的某种情况下,光的粒子性表现得明显答案 C光是一种概率波,少量光子的行为易显示出粒子性,而大量光子的行为往往显示出波动性,A正确;光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的,而是光的一种属性,这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所证实,B正确;粒子性和波动性是光同时具

6、备的两种属性,C错误,D正确。考点一对光电效应规律的理解考点一对光电效应规律的理解1.光电效应的研究思路(1)两条线索考点突破考点突破(2)两条对应关系光强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。2.对光电效应规律的解释对应规律对规律的产生的解释光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大,与入射光强度无关电子吸收光子能量后,一部分克服阻碍作用做功,剩余部分转化为光电子的初动能,只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能,对于确定的金属,W0是一定的,故光电子的最大初动能只随入射光的频率的增大而增大光电效应具有瞬时性光照射金属时,电子吸收一个光子的能量后

7、,动能立即增大,不需要能量积累的过程光较强时饱和电流大光较强时,包含的光子数较多,照射金属时产生的光电子较多,因而饱和电流较大典例典例1 (2015云南昆明模拟)(多选)一单色光照到某金属表面时,有光电子从金属表面逸出,下列说法中正确的是( )A.只增大入射光的频率,金属逸出功将减小B.只延长入射光照射时间,光电子的最大初动能将不变C.只增大入射光的频率,光电子的最大初动能将增大D.只增大入射光的频率,光电子逸出所经历的时间将缩短E.只增大入射光的强度,单位时间内逸出的光电子数目将增多答案 BCE金属的逸出功只与金属材料本身有关,与入射光频率无关,A错误;光电子的最大初动能与入射光的频率有关,

8、与照射时间无关,B、C正确;光电子逸出所经历的时间与入射光的频率无关,D错误;只增大入射光的强度,单位时间内逸出的光电子数目将增多,E正确。光电效应的实质及发生条件(1)光电效应的实质是金属中的电子获得能量后逸出金属表面,从而使金属带上正电。(2)能否发生光电效应,不取决于光的强度,而是取决于光的频率。只要照射光的频率大于该金属的极限频率,无论照射光强弱,均能发生光电效应。1-1关于光电效应的规律,下面说法中正确的是( )A.当某种色光照射金属表面时,能产生光电效应,则入射光的频率越高,产生的光电子的最大初动能也就越大B.当某种色光照射金属表面时,能产生光电效应,如果入射光的强度减弱,从光照至

9、金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加C.对某金属来说,入射光波长必须大于一极限值,才能产生光电效应D.同一频率的光照射不同金属,如果都能产生光电效应,则所有金属产生的光电子的最大初动能一定相同答案 A从光照至金属表面上到发射出光电子是瞬时发生的,与入射光强度无关,B错;对某种金属来说,入射光波长必须小于一极限值,才能产生光电效应,光子的最大初动能与入射光的频率和金属的种类有关,C、D错。考点二光电效应方程及图像问题考点二光电效应方程及图像问题1.利用光电效应方程分析问题,应把握的三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0。(2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的方法

10、测得,即Ek=eUc,其中Uc是遏止电压。(3)光电效应方程中的W0为逸出功,它与金属的极限频率c的关系是W0=hc。2.图像分析图像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:0逸出功:W0=|-E|=E普朗克常量:图线的斜率k=h遏止电压Uc与入射光频率的关系图线截止(极限)频率:0遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大普朗克常量:h=ke(k为斜率,e为电子电量)频率相同、光强不同时,光电流与电压的关系遏止电压:Uc饱和光电流:Im(电流的最大值)最大初动能:Ekm=eUc频率不同、光强相同时,光电流与电压的关系遏止电压:Uc1、Uc2饱和光电

11、流:电流最大值最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2典例典例2 (2013浙江自选,14,10分)小明用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h=6.6310-34 Js。(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=7.001014 Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek= J。答案 (1)阳极(2)(5.125.18)1014 (3.393.43)10-19(3)(1.211.25)10-19解析

12、 (1)由光电管的结构知,A为阳极;(2)Uc-图像中横轴的截距表示截止频率c,逸出功W0=hc;(3)由爱因斯坦的光电效应方程Ek=h-W0,可求结果。2-1 (2015广东汕头模拟)(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点的横坐标为4.27 Hz,与纵轴交点的纵坐标为0.5 eV)。由图可知( )A.该金属的截止频率为4.271014 HzB.该金属的截止频率为5.51014 HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5 eV答案 AC 图线在横轴上的截距为截止频率,A正确,B错误;由光电效应方程Ek=h-W0可知

13、图线的斜率为普朗克常量,C正确;金属的逸出功为W0=h0= eV=1.77 eV,D错误。3414196.63 104.27 101.6 10考点三对光的波粒二象性的理解考点三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。(3)从传播与作用上看:光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时往往表现为粒子性。(4)波

14、动性与粒子性的统一:由光子的能量E=h、光子的动量p=表达式可h以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾:表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长。(5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波,也不可把光当成宏观概念中的粒子。典例典例3 (多选)物理学家做了一个有趣的实验:在双缝干涉实验中,在光屏处放上照相底片,若减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝。实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片上只能出现一些不规则的点子;如果曝光时间足够长,底片上就会出现规则的干涉条纹。对这个实验结果下列认识正确的是 ( )A.曝光时间不长时,光的能量太小,底片上的条纹看不清

15、楚,故出现不规则的点子B.单个光子的运动没有确定的轨道C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D.只有大量光子的行为才表现出波动性答案 BCD单个光子通过双缝后的落点无法预测,大量光子的落点出现一定的规律性,落在某些区域的可能性较大,这些区域正是波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域。光具有波粒二象性,少量光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性。所以正确选项为B、C、D。波粒二象性的深入理解(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10-34 m。(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,只是波长太小,难以观测。(3)德布罗意波也是概率波,衍射图样中的亮圆是光子落点概率大的地方,