第十二单元课时1 光电效应 波粒二象性

1、2021新亮剑高考总复习第十二单元波粒二象性原子结构与原子核课时1光电效应波粒二象性1磨剑课前自学目录CONTENTS2悟剑课堂精讲悟剑课堂精讲磨剑课前自学目 录 磨剑课前自学必备知识基础过关目 录必备知识第4页考点巧讲基础过关一、光电效应1. 光电效应现象在光的照射下,金属中的电子从表面逸出的现象,发射出来的电子叫光电子。2. 光电效应的产生条件入射光的频率大于或等于金属的极限频率。3. 光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率,入射光的频率必须大于或等于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增大。(3) 光电效应的发生几乎是瞬时的

2、,一般不超过 10-9 s。(4) 当入射光的频率大于极限频率时,饱和光电流的大小与入射光的强度成正相关关系。目 录必备知识第5页考点巧讲基础过关二、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,每一份叫作一个光子,光子的能量 = h。2. 逸出功 W0:电子从金属中逸出所需做功的最小值。3. 最大初动能:发生光电效应时,金属表面上的电子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: Ek= h-W0。(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逸出功W0,剩下的表现为逸出

3、后电子的最大初动能。 目 录必备知识第6页考点巧讲基础过关三、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波动性。(2)光电效应说明光具有粒子性。(3)光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的波粒二象性。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大的地方,暗 条纹是光子到达概率小的地方,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。 目 录必备知识基础过关考点巧讲第7页1.(2019 年湖南学考题

4、)关于黑体辐射的实验规律,下列叙述正确的是(B)。A. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外,与表面状况有关B.随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有增加C.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动D.黑体热辐射的强度与波长无关 目 录必备知识基础过关考点巧讲第8页2.(人教版选修 3-5 P30 演示实验改编)(多选)如图所示,用导线把验电器与锌板相连接紫外线照射锌板时,发生的现象是( A.有光子从锌板逸出B. 有电子从锌板逸出C. 验电器指针张开一个角度D.锌板带负电BC )。目 录必备知识基础过关考点巧讲第9页3.(2019 年湖南岳阳学期初考试)在光电效应实验中,

5、用波长为 的光照射光电管阴极,发生了光电效应,下列说法正确的是(D)。A. 仅增大入射光的强度,光电流大小不变B. 仅减小入射光的强度,光电效应现象可能消失C. 改用波长大于 的光照射,光电子的最大初动能变大D. 改用波长大于 的光照射,可能不发生光电效应 目 录必备知识基础过关考点巧讲第10页4.(2019 年河南南阳单元检测)用很弱的光做单缝衍射实验,改变曝光时间,在胶片上出现的图像如图所示,该实验表明(C)。A.光的本质是波B. 光的本质是粒子C. 光的能量在胶片上分布不均匀D. 光到达胶片上不同位置的概率相同 目 录磨剑课前自学悟剑课堂精讲 悟剑课堂精讲考点巧讲对光电效应规律的解释光电

6、效应图象问题二认识光的波粒二象性目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第12页 对光电效应规律的解释 1. 爱因斯坦对光电效应规律的解释对应的实验规律对规律产生的解释存在极限频率 0电子从金属表面逸出,首先必须克服金属原子束缚做功 W0,要使入射光子的能量不小于 W0,对应的频率 0=0,即极限频率光电子的最大初动能随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,一部分用于克服阻碍作用做功,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

7、只能吸收一个光子,吸收一个光子的能量后,动能立即增大, 不需要积累能量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,因而饱和电流较大目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第13页2. 与光电效应有关的四组概念对比(1) 光子与光电子:光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电;光电子是金属表面受到光照射时发 射出来的电子,其本质是电子。光子是因,光电子是果。(2) 光电子的动能与光电子的最大初动能:只有金属表面的电子直接向外飞出时,只需克服原子核的引力 做功的情况,才具有最大初动能。(3) 光电流和饱和光电流:金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,

8、随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和光电流,在一定的光照条件下,饱和光电流与所加电压大小无关。(4) 光的强度与饱和光电流:频率相同的光照射金属产生光电效应,入射光越强,饱和光电流越大,但不是简 单的正比关系。3. 光电效应的研究思路两条对应关系:入射光强度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。 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第14页例 1(2019 年江西南昌段考)(多选)用如图所示的光电管研究光电效应,用某种频率的单色光 a 照射光电管阴极K,电流计 的指针发生偏转。而用另一频率的单色光 b 照射光电管阴极K 时,电

9、流计 的指针也发生偏转,a 光与 b 光波长分别为 和 2,它们产生的速度最快的光电子速度之比为 21,普朗克常量和真空中光速分别用 h 和 c 表示,测得 a 光与 b 光相应的遏止电压分别为 Ua 和 Ub,则下列说法正确的有(A. 该种金属的逸出功为3B. 该种金属的逸出功为C. 波长超过 2 的光都不能使该金属发生光电效应D.a 光与 b 光遏止电压大小关系为 UaUbAD )。目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第15页由 h=W0错误。光的波长小于或可知 Ek=h-W0,该动能又会在遏止电出功,同种金属的 W0 相同。a 光与 b 光波长分别为 项正确。 目 录 必备知识 基础过

10、关 考点巧讲 第16页(1) 正确理解金属的逸出功的概念,知道极限频率(或最大波长)存在的原因是解决光电效应问题的 关键;光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的能量后,其动能大到足以克服金属原子的引力而逃逸 出金属表面,成为光电子的现象。(2) 对一定的金属来说,逸出功是一定的,照射光的频率越大,光子的能量越大,从金属中逸出的光电 子的最大初动能就越大;如果入射光子的频率较低,它的能量小于金属的逸出功,就不能产生光电效应, 这就是存在极限频率的原因。(3) 光电效应规律中“光电流的强度”,是在光电管两极间的电压一定的前提下的电流强弱,此时光电 流的强度与入射光的强度成正相关。注意:光电流大小与

11、入射光的强度和光电管两极间的电压都有关, 但光电流的饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态)只与光的强度有关。 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第17页变式 1(2018 年全国卷,T17)用波长为 300 nm 的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28 10-19 J。已知普朗克常量为 6.6310-34 Js, 真空中的光速为 3.00108 ms -1,能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( B)。A.11014 HzB.81014 HzC.21015 HzD.81015 Hz目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第18页目 录 必备知识 基础过关 考点

12、巧讲 第19页模型建构光电效应图象问题图象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:图线与 轴交点的横坐标 c逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的值的绝对值 W0=|-E|=E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遏止电压 Uc:图线与横轴的交点饱和光电流 Im:光电流的最大值最大初动能:Ek=eUc目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第20页颜色不同时,光电流与电压的关系遏止电压 Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能 Ek1=eUc1,Ek2=eUc2极限频率 c:图线与横轴的交点遏止电压 Uc 与入射光频遏

13、止电压 Uc:随入射光频率的增大而增大率 的关系图线普朗克常量 h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即 h=ke。(注:此时两极之间接反向电压)（续表） 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第21页例 2(2019 年吉林省辽源高三下学期期中考试)(多选)美国物理学家密立根利用图 1 所示的电路研究金属的遏止电压 U0 与入射光频率 的关系,描绘出如图 2 中的图象,由此算出普朗克常量 h。电子电荷量用 e 表示,下列说法正确的是( CD )。A. 入射光的频率增大,为了测遏止电压,则滑动变阻器的滑片 P 应向 M 端移动B. 增大入射光的强度,光电子的最大初动能也增大C.由 Uc- 图象

14、可知,这种金属的截止频率为 cD.由 Uc- 图象可求普朗克常量表达式为 11-c目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第22页目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第23页变式 2(2019 年济宁一中高三质检)(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(直线与横轴的交点横坐标为4.71014 Hz,与纵轴的交点纵坐标为 0.5 eV)。由图可知( AC )。A. 该金属的截止频率为 4.71014 HzB. 该金属的截止频率为 6.01014 Hz C.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 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲

15、 第24页图线与横轴的交点表示截止频率,A 项正确,B 项错误;由光电程 Ek=h-W0,可知图线的斜率为普朗克常量功 W =h=6.6310-34 4.71 10c1目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第25页二 认识光的波粒二象性光的波粒二象性的实质:波粒二象性中所说的波和粒子并不是经典物理学中所说的“波”和“粒 子”。波粒二象性中所说的波是一种概率波,是指光子在空间出现的概率可以用波动规律来描述, 只对于大量光子才有意义;波粒二象性中所说的粒子,是指光子是不连续的,是一份一份的,每一 份具有的能量为 h。 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第26页例 3(2019 年河南开封模拟)

16、(多选)下列关于微观粒子波粒二象性的认识正确的是(ACD)。A. 由概率波的知识可知,因微观粒子落在哪个位置不能确定,所以粒子没有确定的轨迹B. 由概率波的知识可知,因微观粒子落在哪个位置不能确定,再由不确定性关系知粒子动量将完全确定 C.大量光子表现出波动性,此时光子仍具有粒子性D.波动性和粒子性,在宏观现象中是矛盾的、对立的,但在微观高速运动的现象中是统一的 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第27页微观粒子落点位置不能确定,与经典粒子有确定轨迹不同,A 项正确;单缝衍射中, 微观粒子通过狭缝,其位置的不确定量等于缝宽,其动量也有一定的不确定量,B 项错误;波动性和粒子性是微观粒子的固有特性,无论何时二者都同时存在,C 项正确波动性和粒子性,在宏观现象中是矛盾的、对立的,但在微观高速运动的现象中是 统一的,D 项正确。 目 录 必备知识 基础过关 考点巧讲 第28页(1) 从数量上看:个别光子的行为往往表现为粒子性;大量光子的行为往往表现为波动(2)从频率上看:频率高的光子容易表现出粒子性;频率(3)从传播与作用上看目 录 必备知识 基础过关