鲁科版第57讲光电效应波粒二象性课件

第五十七讲

光电效应

波粒二象性一、光电效应及其规律1.光电效应现象

照射到金属表面的光，能使金属中的______从表面逸出的现象，发射出来的电子叫________。2.光电效应的产生条件

入射光的频率____________金属的截止频率。电子光电子大于或等于3.光电效应规律 (1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须____________这个极限频率才能产生光电效应。 (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)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s。 (4)当入射光的频率大于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成______。大于或等于强度增大正比【典例1】(2020·河南南阳市上学期期末)用光电管进行光电效应实验中，分别用频率不同的单色光照射到同种金属上。下列说法正确的是(

) A.频率较小的入射光，需要经过足够长的时间照射才能发生光电效应 B.入射光的频率越大，极限频率就越大 C.入射光的频率越大，遏止电压就越大 D.入射光的强度越大，光电子的最大初动能就越大C解析只要入射光的频率低于金属的极限频率，无论时间多长，入射光的强度多大，都不会发生光电效应，故A错误；金属材料的性质决定金属的逸出功，而逸出功决定极限频率，与入射光的频率无关，故B错误；根据eUc＝hν－W0

可知，入射光的频率越大，遏止电压就越大，故C正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大，与光照强度无关，故D错误。二、爱因斯坦光电效应方程1.光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量ε＝______。2.逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的________。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.光电效应方程 (1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝____________。 (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，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____________。hν最小值电子hν－W0最大初动能【典例2】(2020·福建南平市第一次质检)单色光B的频率为单色光A的两倍，用单色光A照射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子最大初动能为E1。用单色光B照射该金属表面时，逸出的光电子最大初动能为E2，则该金属的逸出功为(

)B解析根据光电效应方程，用单色光A照射到某金属表面时，E1＝hν－W逸出功用单色光B照射到某金属表面时，E2＝h·2ν－W逸出功解得W逸出功＝E2－2E1，故B项正确。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、偏振现象证明光具有______性。 (2)光电效应说明光具有________。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有____________。2.物质波波动粒子性波粒二象性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λ＝____，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。【典例3】

(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.单个光子表现出粒子性，大量光子表现出波动性CD考点一光电效应现象和方程的应用1.对光电效应的四点提醒 (1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。 (2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。 (3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。 (4)光电子不是光子，而是电子。2.两条对应关系 (1)光的强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大。 (2)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大→遏止电压大。3.定量分析时应抓住三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。 (2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。 (3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc。【典例4】(2020·山东潍坊市第二次高考模拟)如图所示，分别用频率为ν、2ν的光照射某光电管，对应的遏止电压之比为1∶3，普朗克常量用h表示，则(

)B【变式1】(2020·四川泸州市二诊)如图所示为光电效应实验装置图。实验中用a光照射光电管时，灵敏电流计有示数；而用b光照射光电管时，灵敏电流计没有示数。则下列说法中正确的是(

)A.a光频率大于b光频率B.若增加b光的照射时间，灵敏电流计将会有示数C.若增大b光的光照强度，灵敏电流计将会有示数D.用b光照射时，适当增大电源的输出电压，灵敏电流计将会有示数A解析实验中用a光照射光电管时，灵敏电流计有示数，说明能够发生光电效应；而用b光照射光电管时，灵敏电流计没有示数，说明不能发生光电效应，可知a光频率大于b光频率，选项A正确；根据光电效应的规律可知，若增加b光的照射时间以及增加b光的光照强度，都不能发生光电效应，则灵敏电流计都不会有示数，选项B、C错误；用b光照射时不能发生光电效应，即使适当增大电源的输出电压，也不会发生光电效应，灵敏电流计也不会有示数，选项D错误。【典例5】(2020·山东省等级考试模拟卷)如图所示，有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C，带电荷量为Q，极板间距为d，普朗克常量为h，电子电荷量的绝对值为e，不计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν，以下判断正确的是(

)C【变式2】(2018·全国卷Ⅱ)用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J。已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108m·s－1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(

) A.1×1014

Hz B.8×1014

Hz C.2×1015Hz D.8×1015HzB【变式3】

(多选)(2017·全国卷Ⅲ，19)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb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νa＞νb，则一定有Ua＜Ub B.若νa＞νb，则一定有Eka＞Ekb C.若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb D.若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－EkbBC解析由爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0，由动能定理得Ek＝eU，若分别用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同。当νa＞νb时，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故选项A错误，B正确；若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝

hνa－

Eka＝

hνb－

Ekb，故选项D错误。考点二光电效应的图像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ν的关系图线①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标②饱和光电流Im1、Im2：光电流的最大值③最大初动能：Ek＝eUc光的颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①极限频率νc：图线与横轴的交点的横坐标值②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时光电管两极之间接反向电压)【典例6】(2020·山东省等级考试第二次模拟卷)如图甲为光电效应实验的电路图，利用不同频率的光进行光电效应实验，测得光电管两极间所加电压U与光电流I的关系如图乙中a、b、c、d四条曲线所示。用νa、νb、νc、νd表示四种光的频率，下列判断正确的是(

)A.νb＞νc＞νd＞νa

B.νd＞νb＞νc＞νa C.νd＞νc＞νb＞νa

D.νa＞νc＞νb＞νdA 【变式4】

(多选)(2020·江苏泰州市5月第二次模拟)图甲是光电效应的实验装置图，图乙是通过改变电源极性得到的光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像，下列说法正确的有(

)A.由图甲可知，闭合开关，电子飞到阳极A的动能比其逸出阴极K表面时的动能小B.由图甲可知，闭合开关，向右移动滑动变阻器滑片，当电压表示数增大到某一值后，电流表的读数将不再增大C.由图乙可知，③光子的频率小于①光子的频率D.由图乙可知，①②是同种颜色的光，①的光强比②的大BD【变式5】

(多选)(2020·辽宁营口市下学期3月考)某同学在研究某金属的光电效应现象时，发现该金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示。若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和－b，已知电子所带电荷量为e，由图线可以得到(

)CD考点三光的波粒二象性和物质波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，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象。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.波动性与粒子性的统一【典例7】(2020·7月浙江选考)下列说法正确的是(

) A.质子的德布罗意波长与其动能成正比 B.天然放射的三种射线，穿透能力最强的是α射线 C.光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关 D.电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性D天然放射的三种射线，穿透能力最强的是γ射线，B项错误；光电效应实验中的截止频率是指使金属恰好发生光电效应时入射光的频率，即hν0＝W0，只与金属的逸出功W0有关，C项错误；衍射是波的特性，所以电子束穿过铝箔的衍射图样说明电子具有波动性，D项正确。

【变式6】(2020·北京市第13中学开学测试)a、b两束单色光分别用同一双缝干涉装置进行实验，在距双缝恒定距离的屏上得到如图所示的干涉图样，图甲是a光照射时形成的干涉图样，图乙是b光照射时形成的干涉图样。下列关于a、b两束单色光的说法正确的是(

)A.a光子的能量较大B