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  《名师导学》2017新课标物理一轮课件:13.3光电效应、波粒二象性_政史地_高中教育_教育专区。第 3节光电效应波粒二象性 知识点一光电效应现象光电子在光的照射下金属中的电子表面逸出的现象, 做光电效应,发射出来的电子做 象. (2)定义中的光括见光和不见光.

  第 3节光电效应波粒二象性 知识点一光电效应现象光电子在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象,叫 做光电效应,发射出来的电子叫做 象. (2)定义中的光包括可见光和不可见光. 几个名词解释 (1) 遏止电压:光电流减小到零时的 最小反向电压, 用Uc表示 . .特别提醒:(1)光电效应的实质是光现象转化为电现 (2)截止频率: 能某种金属发生光电效应的__ 最小 __ 频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率),用 ν0 表 示.不同的金属对应着不同的截止频率. (3)逸出功:电子从金属中逸出所需做功的 最小值, 叫做该金属的逸出功,用 W0 表示. 知识点二 光电效应 (1)每种金属都有极限频率,入射光的频率大于 __ __极限频率才能产生光电效应. (2)光电子的 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)只要入射光的频率大于金属的极限频率,照到 金属表面时, 光电子的发射几乎是 瞬时的 , 一般不 超过 10-9 s,与光的强度无关.(4)当入射光的频率大于金属的极限频率时,饱和 光电流的强度与入射光的强度成 正 比. 知识点三 爱因斯坦光电效应方程 (1)光子说:空间传播的光是不连续的,是一份一hν 份的,每一份叫做光子.光子的能量为 E=__ __,其中 h 是普朗克常量,其值为 6.63×10-34 J·s,ν是 光的频率. Ek=hν-W0 其中 hν 为入射光 (2)光电效应方程:子的能量,Ek 为光电子的初动能,Ek=eUc,W0 是金属的逸出功,W0=hν0. 知识点四 光的波粒二象性 1.光的干涉、 衍射、 偏振现象说明光具有 波动 性. 2.光电效应和康普顿效应说明光具有 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. 知识点五 物质波(又叫德布罗意波) 1. 物质波: 任何一个着的物体, 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=h p ,p 为物体的动量,h 为普朗克常量. ____ 2. 物质波是概率波 . 光子和粒子在空间各处出现 的概率受波动支配,概率大的,在等的时 间,单位面积上光子或粒子出现的 次多 ,反之 就少. 不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波. 考点一光电效应规律的理解例 1 用如图所示的装置研究光电效应现 象, 当用光子能量为 2.5 eV 的光照射到光 电管上时, 电流表 G 的读为 0.2 mA. 移 动变阻器的触点 c,当电压表的示数大于或 等于 0.7 V 时,电流表读数为 0. 则( ) A.光电管阴极的逸出功为 1.8 eV B.开关 S 断开后,没有电流流过电流表 G C.光电子的最大初动能为 0.7 eV D.改用能量为 1.5 eV 的光子照射,电流表 G 也有电 流,电流较小 【解析】该装置所加的电压为反向电压,当 电压表的示数大于或等于 0.7 V 时,电流表示数为 0, 则知光电子的最大初动能为 0.7 eV,根据光电效应方 程 Ek=hν-W0,得逸出功 W0=1.8 eV.故 A、C 正确; 当开关 S 断开后,用光子能量为 2.5 eV 的光照射到光 电管上时光电效应,有光电子逸出,则有电流 流过电流表.故 B 错误; 改用能量为 1.5 eV 的光子照射, 由于光子的能量小于逸出功,不能发生光电效应,无 光电流.D 错羊癫疯不能吃什么误;故选 AC.【答案】AC 【小结】光电效应规律的解释 电子从金属表面逸出, 首须克服金属原子 存在极限频 核的引力做功 W0,入射光子能量不能小于 率 W0 W0,对应的最小频率 ν0= ,即极限频率 h 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 效应具有瞬 - 时性(10 9 s) 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 增大而增大,一个电子只能吸收一个光子, 故光电子最大初动能与光照强度无关 光照射金属时,电子吸收一个光子的能量 后,动能立即增大,不需要能量积累的过程 变式 1 光电效应的实验结论是: 对某种金属( 不能产生光电效应)A.无论光强多强,只要光的频率小于极限频率就 B.无论光的频率多低,只要光照时间足够长就能 产生光电效应 C.超过极限频率的入射光强度越弱,所产生的光 电子的最大初动能就越小 D.超过极限频率的入射光频率越高,所产生的光 电子的最大初动能就越大 【解析】每种金属都有它的极限频率 ν0,只有入 射光子的频率大于极限频率 ν0 时, 才会发生光电效应, 选项 A 正确、B 错误;光电子的初动能与入射光的强 度无关,随入射光频率的增大而增大,选项 D 正确、 C 错误. 【答案】AD 考点二 光电效应方程 及图象的应用 例 2 用同一光电管研 究 a、 b 两种单色光产生的 光电效应,得到光电流 I 与光电管两极间所加电压 U 的关系如图.则下列叙述 正确的是( ) A.照射该光电管时 a 光使其逸出的光电子最大初 动能大 B.b 光光子能量比 a 大 C.极限频率越大的金属材料逸出功越小 D.光电管是基于光电效应的光电转换器件,可使 光信号转换成电信号 【解析】根据公式 Ek=eUc 可得遏止电压越大, 最大初动能越大,故图中可得 b 光照射光电管时反向 截止电压大,说明逸出的光电子最大初动能大,故 A 错误;b 光照射时最大初动能大,根据公式 hν-W0 1 2 = mv0可得 b 的频率大,光子的能量大,故 B 正确; 2 根据 W0=hν0,可知,极限频率越大的金属材料逸出 功越大,故 C 错误;光照射光电管,出现光电效应现 象,可使光信号转换成电信号.故 D 正确.【答案】BD 【小结】有关光电效应的几种图象 由图线直接(间接)得到的物 图象名称 图线形状 理量 ①极限频率:图线与 ν 轴交 点的横坐标 νc 最大初动能 ②逸出功:图线与 Ek 轴交点 Ek 与入射光 的纵坐标的绝对值 W0=- 频率 ν 的关 E=E 系图线 ③普朗克常量: 图线的斜率 k =h 同、 ①遏止电压 Uc:图线与横轴 强度不同的 的交点 光,光电流 与电压的关 系 ②饱和光电流 Im:电流的最 大值 ③最大初动能:Ek=eUc 图象名称 不同 时,光电流 与电压的关 系图线形状由图线直接(间接)得到的 物理量 ①遏止电压 Uc1、Uc2 ②饱和光电流 ③最大初动能 Ek1=eUc1, Ek2=eUc2 ①截止频率 νc: 图线与横 轴的交点 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 线的斜率与电子电量的 乘积,即 h=ke.(注: 时两极之间接反向电压)遏止电压 Uc 与入射光频 率 ν 的关系 图线 m 的紫外线照射钨的表 面,释放出来的光电子大的动能是 4.7×10-19 J, 由可知,钨的极限频率是(已普朗克常量 h=6.63× 10-34 J·s、光速 c=3.0×108 m/s,结果取两位有效数 字)( ) A.安徽哪家医院做癫痫病检查比较好5.5×1014 Hz B.7.9×1014 Hz C.9.8×1014 Hz D.1.2×1015 Hz 【解析】根据光电效应方程 Ek=hν-W0,在恰好发生光电效应时最大初动能为 0,有 hν0=W0,且 c=λν, 3×108 c Ek c Ek 综合化简得ν0=h - = - = - λ h λ h 2×10-7 4.7×10 19 14 Hz. -34=7.9×10 6.63×10-【答案】B 考点三 是(光的波粒二象性例 3 关于光的波动性与粒子性,说法正确的 ) A.爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说 B.光电效应现象说明了光的粒子性 C.光波不同于机械波,它是一种概率波 D.光的波动性和粒子性是相互矛盾的,无法统一 【解析】爱因斯坦的光子说并没有否定电磁说, 只是在一定条件下光是体现粒子性的,A 错;光电效 应说明光具有粒子性,说明光的能量是一份一份的, B 对;光子在传播的过程中,经过各点的概率是不一 样的.在干涉和衍射实验中,如果用光屏接收,光子落 到明纹处的概率大,落到暗纹处的概率小,所以光波 是一种概率波.它不同于机械波,C 对.由 E=hν,p= h 可知,描述波的粒子性的 E、p 和描述波动性的 ν、λ λ 等很和谐地统一起来了,说明光的波动性和粒子性不 是相互矛盾的,而是统一的,D 错.【答案】BC 【小结】 1.对光的波粒二象性的理解 光既有波动性,又有粒子性,两者孤立的, 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. 2. 德布罗意波假说是光的波粒二象性的一种推 广,使之包含了物质粒子,即光子和实物粒子都具有 粒子性, 又都具有波动性, 与光子对应的波是电磁波, 与实物粒子对应的波是德布罗意波. 变式 3 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,假设只让一个 光子通过单缝,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 ) 【解析】大量光子的行为显示出波动性,当大量 光子通过单缝时光子落在亮纹处的概率,尤其是 中央亮纹处,依题将有 95%以上的光子落在中央亮纹 处, 落在其他亮处相对少一些, 落在暗纹处光子最少, 值得注意的是暗纹处没有光子落在上面,只是很 少而已.只让一个光子通过单缝, 这个光子落在哪一位 置是不可确定的,可以落在亮纹处,也可以落在暗纹 处,只是落在中央亮纹的机会更大(有 95%以上).【答案】CD 一、题:1 题为单选,2 题为多选 1. 下 列 关 于 光 的 波 粒 二 象 性 的 说 法 中 , 正确的是 (C)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】光具有波粒二象性 ,故光既是波又是粒 子,A 错误;光子不带电,没有静止,而电子带 负电,有,B 错误;光的波长越长,其波动性越 显著,波长越短,其粒子性越显著,C 正确;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,D 错误;故选 C. 2.如图所示,把一块不带电的锌板接在验电器上, 用紫外线灯照射锌板,验电器金属箔张开.下列说法正 确的是( AB )A.紫外线是不连续的 B.验电器金属箔带正电 C.从锌板逸出的电子的动能都相等 D.改北京军海医院可靠吗 你有了解吗用红外灯照射,验电器金属箔一定张开 【解析】根据普朗克量子理论,在空间传播的光 是一份一份的不连续的,选项 A 正确;从锌板中打出 电子,故锌板带正电,所以验电器金属箔带正电,选 项 B 正确;从锌板逸出的电子的动能不都是相等的, 选项 C 错误;因红外线的频率小于紫外线的频率,又 可见光不会使锌发生光电效应,故改用红外灯照射不 会发生光电效应,验电器金属箔不会张开,选项 D 错 误;故选 AB. 二、填空题 3.如图所示,用某种频率的单 色光 a 照射光电管阴极 K,电流 计 G 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, 电流计 G 的指针不发生偏 转, 么 a 光的频率 大于 (选填“大于”、 “等于”不会 或“小于”)b 光的频率,若增加 b 光的强度__ __ (选填“会”或“不会”)使电流计 G 的指针发生偏转. 【解析】产生光电效应的条件是照射金属的光子 频率大于或等于金属的极限频率,由题意可知,单色 光 a 照射光电管阴极 K,能使电流计 G 的指针发生偏 转,说明光电效应,且电路完好,而单色光 b 照射光电管阴极 K 时,电流计 G 的指针不发生偏转, 即此时不能产生光电效应,所以 a 光的频率大于 b 光 的频率,能否发生光电效应现象,仅与照射光的频率 有关,与光的强度无关,因此增加 b 光的强度同样不 会使电流计 G 的指针发生偏转. 一、题:1~3 题为单选,4~6 题为多选. 1.关于黑体辐射,下列说法正确的有( B ) A.黑体只能反射能量为能量子的整数倍的能量 B.黑体热辐射的强度随温度升高各种波长的辐射 强度都有增加 C.黑体辐射强度的极大值随温度升高向波长较长 的方向移动 D.黑体辐射和吸收辐射的能量可为任意值 【解析】黑体不能反射任何能量,故选项 A 错; 黑体辐射强度的极大值随温度升高向波长较短的方向 移动,故选项 C 错误;黑体辐射和吸收辐射的能量, 只能是最小能量的整数倍,D 错误. 2.下表给出了一些金属材料的逸出功.现用波长为 400 nm 的单色光照射上述材料, 能产生光电效应的材 料最多有几种(普朗克常量 h=6.6×10-34 J·s,光速 c =3.00×108 m/s)( 材料 逸出功 (10 A.2 种-19A 铯) 钙镁铍钛J)3.0 B.3 种4.35.9 C.4 种6.26.6 D.5 种 【解析】光电效应发生的条件是入射光的频率大 于金属的极限频率,入射光子的能量大于金属的逸出 c 功,光子的能量为 E=hν=h ,代入计算得 E=6.6× λ8 3 × 10 - -19 10 34× J,可以看出光子能量 -9=4.95×10 400×10大于逸出功的金属有两种,所以 A 项正确;B、C、D 项错误. 3.关于物质波说法正确的是(D ) A.实物粒子具有粒子性,在任何条件下都不可能表现出波动性 B.宏观物体不存在对应波的波长 C.电子在任何条件下都能表现出波动性 D.微观粒子在一定条件下能表现出波动性【解析】 实物粒子和微观粒子一样既具有粒子性, 又具有波动性.一定条件下表现为波动性,一定条件下 表现为粒子性.所以 D 对. 4.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,下列说法中不 正确的是( ABCD ) A.有可能不发生光电效应 B.从光照射到金属表面上至发射出光电子之间的 时间间隔将明显增加 C.逸出的光电子的最大初动能将减小 D.单位时间从金属表面逸出的光电子数目不变 【解析】 由光电效应方程 Ek=hν-W 可知, 光电 子的最大初动能只与入射光的频率有关,与光强没有 关系,入射光的强度减弱,单位时间内从金属表面 逸出的光电子颠闲病早期症状数目将减少,选项 A、C、D 均错;光 电效应具有瞬时性,选项 B 错误. 5.用频率为 ν 的光照射在某金属表面时产生了光 电子,当光电子垂直射入磁感应强度为 B 的匀强磁场 中做匀速圆周运动时,其最大半径为 R,若以 W 表示 逸出功,m、e 表示电子的质量和电量,h 表示普朗克 常数,则电子的最大初动能是( CD ) A.hν+W C.hν-W BeR B. m B2e2R2 D. 2m 【解析】根据光电效应方程得:Ekm=hν-W,故 C 正确;光电子在磁场中做匀圆周运动,由洛伦兹力 v2 提供向心力,根据牛顿第二定律得:evB=m ,则 v R eBR = ,最大初动能的光电子垂直进入匀强磁场 ,半 m 1 2 e2B2R2 径最大,所以最大初动能 Ekm= mv = ,故 D 2 2m 正确.所以选 CD. 6.关于光电效应,下列说法正确的是( AD ) A.光电子的最大初动能与入射光的频率、金属的 逸出功都有关 B.光电子的动能越大,光电子形成的电流强度就 越大 C.用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种 金属产生的光电子的初动能大 D.对于任何一种金属, 都存在一个“最大波长”, 入射光的波长小于这个波长,才能产生光电效应 【解析】光电子的最大初动能与入射光的频率成 一次函数关系,还与金属的逸出功有关,A 对;单位 时间通过电路的电子数越多,电流越大,B 错;不可 见光的频率不一定比可见光的频率大 ,(如红外线)因 此用不可见光照射金属不一定比用可见光照射同种金 属产生的光电子的初动能大,C 错;入射光的频率应 大于金属的极限频率或入射光的波长应小于金属的极 限波长,才能产生光电效应,D 对. 二、填空题 7.在光电效应实验中,与某金属的截止频率相对c h 应的波长为 λ0,该金属的逸出功为 λ0.若用波长为hc hc -eλ eλ λ(λ < λ0) 的单色光做该实验 , 则其遏止电压为 0 .已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为 e、c 和 h. c 【解析】根据公式 W 逸=h 可得该金属的逸出功 λ c c c hc 为h , 根据公式 Ekm=h -h , Ekm=eU 可得 U= λ0 λ λ0 eλ hc - . eλ0 8.如图 1 所示的装置研究光电效应现象,当用光 子能量为 5 eV 的光照射到光电管上时, 电流表上的示 数随电压变化的图象如图 2 所示(电压表的 0 刻度在表 -19 盘正中央).则光电子的最大初动能为 3.2×10 J,-19 金属的逸出功为 4.8×10J. 【解析】由图线可知,光电子的截止电压为 2 V, 由动能定理可知光电子的最大初动能为 Ek = Ue = - - 2×1.6×10 19 J=3.2×10 19 J;金属的逸出功为 W0 - =hν-Ek=3 eV=4.8×10 19 J. 9.普朗克常量 h=6.63×10-34J·s,铝的逸出功W0=6.72×10-19 J,现用波长 λ=200 nm 的光照射铝 的表面(结果保留三位有效数字). (1)求光电子的最大初动能; (2) 若射出的一个具有最大初动能的光电子正对 一个原来静止的电子运动,求在此运动过程中两电子 电势能增加的最大值(电子所受的重力不计). c 【解析】(1)由 Ek=hν-W0=h -W0,代入数据 λ 解得 Ek=3.23×10-19 J (2)增加的电势能来自系统损失的动能,当两电子 的速度相等时电势能最大,由动量守恒 mv0=2mv损失的动能: 1 2 1 - ΔEk= mv0- (2m)v2=1.62×10 19 J 2 2 所以,电势能增加的最大值为 1.62×10-19J.

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