第十五章 第一讲 光电效应 光的波粒二象性.ppt

1、复习备考导航,1从近几年高考试题看，考查的重点主要有：光电效应、 能级与能级跃迁、核反应与核能等，考查的题型多为选择题 2在将来的高考中，仍会以上述内容为考查重点，考查 的题型仍为选择题，题目难度不大，因此，在复习时： (1)认真梳理基本概念和基本规律，加强记忆,(2)对上述考查的热点内容(如能级跃迁、核反应与核能 等)要深化理解、熟练掌握，尤其是能级跃迁问题，以近几年的考题作一梳理比较，总结题型，有针对性的突破 (3)注意关注与本章内容相关的科技热点和科技进步，总 之，复习本章内容以全面、熟练为指导思想，不宜深挖,知识体系总览,一、光电效应 1定义：在光的照射下物体发射 的现象,2光电效应的

2、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 (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光 频率的增大而 (3)光电效应的发生几乎是 的，一般不超过109 s.,电子,大于,增大,瞬时,二、光电效应方程 1光子说 光是一份一份地 传播的，每一份叫一个光量子，简称光子光子的能量跟它的频率成 ，即E . (普朗克常量h6.631034 Js),2最大初动能 发生光电效应时，金属 的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有动能的最大值,不连续,正比,h,表面上,3逸出功：某种金属中的不同电子，脱离这种金属所需 的功不一样，使电子脱离某种金属所做功

3、的 ，叫做这种金属的逸出功,4光电效应方程 (1)光电子的最大初动能Ek跟入射光子的能量h和逸出 功W之间的关系： .,最小值,EkhW,(2)Ek曲线及其意义(如图15 11所示) 图线与轴交点的横坐标表 示 图线与Ek轴交点的纵坐标的 值表示 图线的斜率k表示 ,图1511,极限频率,逸出功,普朗克常量,5光子说对光电效应现象的解释 (1)光电效应的实质 光子照射到金属表面，某个电子吸收光子的能量使动能 ，当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时，便飞出金属表面成为光电子 (2)极限频率的实质 光子的能量和 有关，而金属中电子克服原子核引力需要的能量是一定的，光子的能量必须大于金属的逸 才

4、能发生光电效应这个能量最小等于这种金属对应的 ，所以每种金属都有一定的极限频率,变大,频率,出功,逸出功,(3)光电效应瞬时性的理解 光照射到金属上时， 吸收光子的能量不需要积累，吸收的能量立即转化为 的能量，因此 对光子的吸收十分迅速,电子,电子,电子,特别提醒 (1)逸出功对应光电效应的极限频率，当入射光频率小 于极限频率时，无论光强多大，照射时间多长，都不会发射出光电子 (2)在发生光电效应的过程中，并非所有光电子都具有 最大的初动能，只有从金属表面直接飞出的光电子初动能才最大,三、光电效应的应用实例光电管 1光电流与饱和光电流 (1)入射光强度：指单位时间内入射到金属表面 上的能量频率

5、一定时，光强越大，光子数 (2)光电流：指光电子在电路中形成的电流光电流有最 大值，未达到最大值以前，其大小和光强、电压都有关，达到最大值以后，光电流和光强成 (3)饱和光电流：指在一定频率与强度的光照射下的 光电流，饱和光电流不随电路中电压的增大而增大,单位面积,越多,正比,最大,2电路如图1512所示,图1512,四、光的波粒二象性、物质波 1光的波粒二象性 光是一种 ，同时也是一种 光具有波粒二象性；既不能把光波理解成宏观状态的波，也不能把光子当成 ,波,粒子,实物粒子,运动着,德布罗意波,概率,特别提醒 (1)光的波动性是光子本身的一种属性，光子和实物粒子 在空间分布的概率受波动规律的

6、支配 (2)物质波既不是机械波，也不是电磁波，物质波与光波 一样是概率波,1. 在演示光电效应的实验中，原来不带电 的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光 灯照射锌板时，验电器的指针就张开一 个角度，如图1513所示，这时() A锌板带正电，指针带负电 B锌板带正电，指针带正电 C锌板带负电，指针带正电 D锌板带负电，指针带负电,图1513,解析：验电器的指针张开一个角度说明锌板带电，锌板在弧光灯照射下发生光电效应失去电子而带正电，验电器也带正电故B项正确,答案：B,答案：A,3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，那么 () A从光照至金属表面上到发射出光电

7、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,解析：光电效应瞬时(109 s)发生，与光强无关，A错；能否发生光电效应，只取决于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关，D错；对于某种特定金属，光电子的最大初动能只与入射光频率有关，入射光频率越大，最大初动能越大，B错；光电子数目多少与入射光强度有关，可理解为一个光子能打出一个电子，光强减弱，单位时间内逸出的电子数目减少，C对,答案：C,4某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措 施中可能使金属产生光电效应的是 () A延长光照时间 B增大光的强度 C

8、换用波长较短的光照射 D换用频率较低的光照射,解析：对某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关，所以选项A、B错误没有发生光电效应，说明入射光的频率小于极限频率，所以要使金属发生光电效应，应增大入射光的频率，减小波长，所以选项C正确，D错误,答案：C,5光具有波粒二象粒，那么能够证明光具有波粒二象性的 现象是() A光的反射及小孔成像 B光的干涉，光的衍射，光的色散 C光的折射及透镜成像 D光的干涉，光的衍射和光电效应,解析：在中学阶段表明光具有波动性的典型现象是光的干涉和衍射现象；表明光具有粒子性的典型现象是光电效应现象和康普顿效应故选项D正确,答案：D,6如

9、图1514所示为证实电子波存在的实验装置，从F 上漂出的热电子可认为初速度为零，所加加速电压U104 V，电子质量为m0.911030 kg.电子被加速后通过小孔K1和K2后入射到薄的金膜上，发生衍射作用，结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹试计算电子的德布罗意波长,图1514,答案：1.231011 m,典例启迪 例1 (2010浙江高考)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15 15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,图1515,C乙光对应的截止频率大于丙光的截止

10、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,审题指导(1)图象与横轴截距为反向截止电压 (2)三条图线对应的实验条件不同，但光电管的逸出功不变,解析由图可知，甲、乙两光对应的反向截止电压均为Uc2，由爱因斯坦光电效应方程EkmhW逸及eUc20Ekm可知甲、乙两光频率相同，且均小于丙光频率，选项A、C均错；甲光频率小，则甲光对应光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能，选项D错误；乙光频率小于丙光频率，故乙光的波长大于丙光的波长，选项B正确,答案B,归纳领悟 分析这类问题，把握以下两个方面： (1)两条线索,(2)两条对应关系 光强光子数目多发射光电子多光电流大； 光子频

11、率高光子能量大产生光电子的最大初动能大,题组突破 1如图1516是利用光电管研究光 电效应的实验原理示意图，用可见 光照射光电管的阴极K，电流表中有 电流通过，则 () A若将滑动变阻器的滑动触头移到 a端时，电流表中一定无电流通过 B滑动变阻器的滑动触头由a端向b端滑动的过程中， 电流表的示数一定会持续增大,图1516,C将滑动变阻器的滑动触头置于b端，改用紫外线照 射阴极K，电流表中一定有电流通过 D将滑动变阻器的滑动触头置于b端，改用红外线照 射阴极K，电流表中一定无电流通过,解析：根据极限频率的定义D错，C对当滑片自a端向b端移动时，开始一段有光电流而且应增大，若达到某一位置时达到饱和

12、，则此后的移动过程中光电流不变，故A、B错误,答案：C,2.(2011镇江模拟) 如图1517所示， 当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极P，发现电流表读数 不为零，合上开关S，调节滑动变阻器， 发现当电压表读数小于0.60 V时，电流 表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零求此时光电子的最大初动能及该阴极材料的逸出功,图1517,解析：设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ekm，阴极材料逸出功为W0.当反向电压达到U0.60 V以后，具有最大初动能的光电子也不能达到阳极，因此eUEkm由光电效应方程得：EkmhW0，由

13、以上二式得：Ekm0.6 eV，W01.9 eV.所以此时最大初动能为0.6 eV，该阴极材料的逸出功为1.9 eV.,答案：0.6 eV1.9 eV,典例启迪 例2在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占整个从单缝射入的光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子 () A一定落在中央亮纹处 B一定落在亮纹处 C可能落在暗纹处 D落在中央亮纹处的可能性最大,思路点拨利用光的波粒二象性和光是一种概率波来分析解答,解析大量光子的行为往往显示出波动性，当大量光子通过单缝时，落在亮纹处的光子数最多，尤其是中央亮纹处，落在暗纹处的光子数最少，但值得注意的是暗纹处不是没有光子落在上面，只是落在上

14、面的光子数目很少而已现让一个光子通过单缝，这个光子落在何处，是不可确定的，可能落在某亮纹处，也可能落在某暗纹处，只是落在中央亮纹处的机会更大(其概率达95%以上)，故正确答案为CD.,答案CD,归纳领悟 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)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)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)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,题组突破 3下列有关光的波粒二象性的

15、说法中，正确的是 () A有的光是波，有的光是粒子 B光子与电子是同样的一种粒子 C光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其 粒子性越显著 D大量光子的行为往往显示出粒子性,解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子 虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以不能说光子与电子是同样一种粒子,光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表

16、现出粒子性光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著故选项C正确，A、B、D错误,答案：C,4用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以 认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图1518所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片这些照片说明 (),图1518,A光只有粒子性没有波动性 B光只有波动性没有粒子性 C少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示 粒子性 D少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示 波动性,解析：光具有波粒二象性，少量光子的行为显示粒子性，大量光子的行为表现波动性，且光是一种概率，波干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方,答案：D,光电效应方程的综合应用 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