【步步高】高考物理大一轮 第十三章 第2课时 光电效应　波粒二象性 新人教版选修35.doc

第2课时光电效应波粒二象性导学目标 1.能认识光电效应现象，理解光电效应的实验规律，会用光子说解释光电效应.2.掌握光电效应方程，会计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量一、黑体辐射与能量子基础导引判断下列说法的正误：(1)一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关 ()(2)黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，不反射 ()(3)带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍 ()(4)普朗克最先提出了能量子的概念 ()知识梳理1黑体与黑体辐射(1)黑体：是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体(2)黑体辐射的实验规律一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，如图1所示图1a随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加b随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动2能量子(1)定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的这个不可再分的最小能量值叫做能量子(2)能量子的大小：h，其中是电磁波的频率，h称为普朗克常量h6.6261034 js(一般取h6.631034 js)特别提醒在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的二、光电效应基础导引已知能使某金属产生光电效应的极限频率为c，则 ()a当用频率为2c的单色光照射该金属时，一定能产生光电子b当用频率为2c的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hcc当照射光的频率大于c时，若增大，则逸出功增大d当照射光的频率大于c时，若增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍知识梳理1光电效应现象光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做_2光电效应规律(1)每种金属都有一个_(2)光子的最大初动能与入射光的_无关，只随入射光的_增大而增大(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是_的(4)光电流的强度与入射光的_成正比3爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子光子的能量为_，其中h是普朗克常量，其值为6.631034 js.(2)光电效应方程：_其中h为入射光的能量，ek为光电子的最大初动能，w0是金属的逸出功4遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压uc.(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的_频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)不同的金属对应着不同的极限频率(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的_，叫做该金属的逸出功三、光的波粒二象性、物质波基础导引判断下列说法的正误：(1)光电效应反映了光的粒子性 ()(2)大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性()(3)光的干涉、衍射、偏振现象证明了光具有波动性 ()(4)只有运动着的小物体才有一种波和它相对应，大的物体运动是没有波和它对应的()知识梳理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_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.考点一对光电效应规律的理解考点解读1爱因斯坦光电效应方程：ekhw0.h：光子的能量w0：逸出功ek：光电子的最大初动能2对光电效应规律的解释存在极限频率c电子从金属表面逸出，首先需克服金属原子核的引力做功w0，要使入射光子能量不小于w0，对应的频率c，即极限频率光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光的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，动能立即增大，不需要能量积累的过程入射光越强，饱和电流越大入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，因而饱和电流越大特别提醒 光电效应方程研究的对象是从金属表面逸出的光电子，其列式依据为能量守恒定律3由ek图象可以得到的物理量(如图2所示)(1)极限频率：图线与轴交点的横坐标c.图2(2)逸出功：图线与ek轴交点的纵坐标的值w0e.(3)普朗克常量：图线的斜率kh.典例剖析例1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图3跟踪训练1(2011福建理综29(1)爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得了1921年诺贝尔物理学奖某种金属逸出光电子的最大初动能ekm与入射光频率的关系如图3所示，其中0为极限频率从图中可以确定的是 ()a逸出功与有关bekm与入射光强度成正比c当0时，会逸出光电子d图中直线的斜率与普朗克常量有关考点二波粒二象性考点解读1粒子的波动性：实物粒子也具有波动性，满足如下关系：和，这种波称为德布罗意波，也叫物质波2光的波粒二象性光既有波动性，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，往往表现为粒子性典例剖析例2关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是 ()a不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性b运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道c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实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性跟踪训练2如图4所示，用单色光做双缝干涉实验，p处为亮条纹，q处为暗条纹不改变单色光的频率，而调整光源使其极微弱，并把单缝调至只能使光子一个一个地过去，那么过去的某一光子 ()图4a一定到达p处 b一定到达q处c可能到达q处 d都不正确考点三光电效应方程的应用典例剖析图5例3如图5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，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(1)求此时光电子的最大初动能的大小；(2)求该阴极材料的逸出功思维导图跟踪训练3(2010四川理综18)用波长为2.0107 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.71019 j由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h6.631034 js，光速c3.0108 m/s，结果取两位有效数字) ()a5.51014 hz b7.91014 hzc9.81014 hz d1.21015 hz16.用光电管研究光电效应例4(2010江苏单科12c)研究光电效应的电路如图6所示用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极k)，钠极板发射出的光电子被阳极a吸收，在电路中形成光电流下列光电流i与a、k之间的电压uak的关系图象中，正确的是_ 建模感悟1常见电路(如图所示)2两条线索(1)通过频率分析：光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大(2)通过光的强度分析：入射光强度大光子数目多产生的光电子多光电流大3概念辨析跟踪训练4如图7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 表中一定无电流通过图7b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，电流表中一定有电流通过a组光电效应规律的理解1光电效应的实验结论是：对于某种金属 ()a无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应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2对光电效应的理解正确的是 ()a金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属b如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应c发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大d由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同b组光电效应方程的应用3(2010浙江理综16)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8所示则可判断出()图8a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c乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率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4(2011课标35(1)在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为0，该金属的逸出功为_若用波长为(0)的单色光做该实验，则其遏止电压为_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组光的波粒二象性5下列表述正确的是 ()a衰变的实质在于原子核内某个中子转化成了一个质子和一个电子b光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的c汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，并提出了原子核结构模型d德布罗意的“物质波”假设否定了光具有波动性6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课时规范训练(限时：45分钟)一、选择题1爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说，从科学研究的方法来说，这属于 ()a等效替代 b控制变量c科学假说 d数学归纳21905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象关于光电效应，下列说法正确的是 ()a当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应b光电子的最大初动能与入射光的频率成正比c光电子的最大初动能与入射光的强度成正比d某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应3(2009宁夏、辽宁理综)关于光电效应，下列说法正确的是 ()a极限频率越大的金属材料逸出功越大b只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应c从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小d入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多4(2011上海单科2)用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是 ()a改用频率更小的紫外线照射b改用x射线照射c改用强度更大的原紫外线照射d延长原紫外线的照射时间5以下说法正确的是 ()a贝克勒尔通过对天然放射现象的研究发现了原子的核式结构b衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的c用绿光照射一光电管，能够发生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大，可改用紫光照射d已知能使某金属发生光电效应的单色光的极限频率为0，则当频率为20的单色光照射该金属时，光电子的最大初动能为2h06. 如图1是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能ek与入射光频率的关系图象由图象可知 ()a该金属的逸出功等于e图1b该金属的逸出功等于hcc入射光的频率为2c时，产生的光电子的最大初动能为ed入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为7如图2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(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴交点坐标为0.5)由图可知 ()图2a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 ev8在光电效应实验中，小明同学用同一实验装置(如图3a)在甲、乙、丙三种光的照射下得到了三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，如图b所示则正确的是 ()图3a乙光的频率小于甲光的频率b甲光的波长大于丙光的波长c丙光的光子能量小于甲光的光子能量d乙光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能9下表给出了一些金属材料的逸出功.材料铯钙镁铍钛逸出功(1019 j)3.04.35.96.26.6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h6.631034 js，光速c3.0108 m/s) ()a2种 b3种 c4种 d5种二、非选择题10用同一束单色光，在同一条件下先后照射锌片和银片，都能产生光电效应，在这两个过程