高考物理一轮复习 动量守恒定律 波粒二象性 原子结构 基础课时3 光电效应 波粒二象性课件（选修35）.ppt

基础课时3光电效应波粒二象性 知识梳理 知识点一 黑体和黑体辐射普朗克能量子假说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 a 随着温度的升高 各种波长的辐射强度都 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 增加 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 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 h 6 63 10 34j s 最小能量 知识点二 光电效应1 定义照射到金属表面的光 能使金属中的 从表面逸出的现象 2 光电子 中发射出来的电子 3 研究光电效应的电路图 如图1 光电效应 电子 图1 其中a是 k是 4 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 这个极限频率才能产生光电效应 低于这个频率的光不能产生光电效应 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 的 一般不超过10 9s 4 当入射光的频率大于极限频率时 饱和光电流的强度与入射光的强度成 阳极 阴极 大于 强度 增大 几乎瞬时 正比 知识点三 爱因斯坦光电效应方程1 光子说在空间传播的光是不连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个光的能量子 简称光子 光子的能量 其中h 6 63 10 34j s 称为普朗克常量 2 逸出功w0使电子脱离某种金属所做功的 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 h 最小值 电子 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 5 爱因斯坦光电效应方程 1 表达式 ek h 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 剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能ek 最小 逸出功w0 w0 知识点四 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 性 3 光既具有波动性 又具有粒子性 称为光的 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 波动 粒子 波粒二象性 大 小 思考 下列说法是否正确 正确的画 错误的画 1 只要光照射的时间足够长 任何金属都能产生光电效应 2 光电子就是光子 3 极限频率越大的金属材料逸出功越大 4 从金属表面出来的光电子的最大初动能越大 这种金属的逸出功越小 5 入射光的频率越大 逸出功越大 答案 1 2 3 4 5 诊断自测 1 如图2所示 用导线把验电器与锌板相连接 当用紫外线照射锌板时 发生的现象是 图2 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 解析用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的 锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出 称之为光电子 故a错误 b正确 锌板与验电器相连 带有相同电性的电荷 锌板失去电子应该带正电 且失去电子越多 带正电的电荷量越多 验电器指针张角越大 故c正确 d错误 答案bc 2 在光电效应实验中 用单色光照射某种金属表面 有光电子逸出 则光电子的最大初动能取决于入射光的 a 频率b 强度c 照射时间d 光子数目答案a 3 关于光电效应的产生以及现象 下列描述正确的是 a 逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大b 对某金属来说 入射光波长必须大于一极限值 才能产生光电效应c 产生光电效应时从金属表面逸出的所有光电子的动能都相同d 一束光照射到某种金属上不能发生光电效应 一定是入射光的光子能量太小 解析根据爱因斯坦光电效应方程ekm h w0可知 逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 a正确 由光电效应方程可知入射光波长必须小于一极限值 才能产生光电效应 b错误 光电子的动能与入射光的频率和金属的种类以及逸出的方式有关 因此光电子的动能不一定都相同 c错误 能否发生光电效应与入射光的强度无关 与入射光的光子频率 光子能量有关 d正确 答案ad 4 有关光的本性 下列说法正确的是 a 光既具有波动性 又具有粒子性 两种性质是不相容的b 光的波动性类似于机械波 光的粒子性类似于质点c 大量光子才具有波动性 个别光子只具有粒子性d 由于光既具有波动性 又具有粒子性 无法只用其中一种性质去说明光的一切行为 只能认为光具有波粒二象性解析光既具有波动性 又具有粒子性 但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子 波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现 是同一客体的两个不同侧面 不同属性 我们无法用其中的一种性质去说明光的一切行为 只能认为光具有波粒二象性 答案d 5 关于光电效应的规律 下列说法中正确的是 a 只有入射光的波长大于该金属的极限波长 光电效应才能产生b 光电子的最大初动能跟入射光强度成正比c 发生光电效应的反应时间一般都大于10 7sd 发生光电效应时 单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比 答案d 考点一光电效应现象和光电效应方程的应用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 光强大 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 光电子的最大初动能大 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 h 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 h 0 例1 2014 广东理综 18 在光电效应实验中 用频率为 的光照射光电管阴极 发生了光电效应 下列说法正确的是 a 增大入射光的强度 光电流增大b 减小入射光的强度 光电效应现象消失c 改用频率小于 的光照射 一定不发生光电效应d 改用频率大于 的光照射 光电子的最大初动能变大 答案ad 易错提醒 1 误认为入射光的强度只由光的频率决定 入射光的强度增大时 光电流不变而漏选a项 2 误认为频率 是极限频率 只要入射光的频率减小就一定不发生光电效应而错选c项 实际上 入射光的频率变小后 只要入射光的频率大于金属的极限频率 仍能发生光电效应 拓展延伸 在 例1 中 现改为频率为 的另一单色光照射该金属表面 下面说法正确的是 a 如果 能够发生光电效应b 如果 不能够发生光电效应c 如果 逸出功不变d 如果 逸出光电子的最大初动能不受影响答案ac 变式训练 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 考点二光电效应的图象分析 例2 2015 新课标全国卷 35 1 在某次光电效应实验中 得到的遏止电压uc与入射光的频率 的关系如图3所示 若该直线的斜率和截距分别为k和b 电子电荷量的绝对值为e 则普朗克常量可表示为 所用材料的逸出功可表示为 图3 答案ek eb 变式训练 2 用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应 可得到光电子最大初动能ek随入射光频率 变化的ek 图象 已知钨的逸出功是3 28ev 锌的逸出功是3 34ev 若将二者的图线画在同一个ek 坐标系中 如图所示 用实线表示钨 虚线表示锌 则正确反映这一过程的是 答案a 考点三光的波粒二象性 物质波光既具有波动性 又具有粒子性 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 而贯穿本领越强 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 例3 如图4甲所示为实验小组利用100多个电子通过双缝后的干涉图样 可以看出每一个电子都是一个点 如图乙所示为该小组利用70000多个电子通过双缝后的干涉图样 为明暗相间的条纹 则对本实验的理解正确的是 图4a 图甲体现了电子的粒子性b 图乙体现了电子的粒子性c 单个电子运动轨道是确定的d 图乙中明条纹是电子到达概率大的地方 解析题图甲中的每一个电子都是一个点 说明少数粒子体现粒子性 到达的位置不同 说明单个电子的运动轨道不确定 a正确 c错误 题图乙中明暗相间的条纹说明大量的粒子表现为波动性 b错误 明条纹是电子到达概率大的地方 d正确 答案ad 变式训练 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 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较大 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 要注意暗纹处不是没有光子落在上面 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 只是落在中央亮纹处的机会更大 有95 以上 答案cd 1 下列说法中正确的是 a 实物的运动有特定的轨道 所以实物不具有波粒二象性b 康普顿效应说明光子既有能量又有动量c 光是高速运动的微观粒子 单个光子不具有波粒二象性d 宏观物体的物质波波长非常小 极易观察到它的波动解析由德布罗意理论知 宏观物体的德布罗意波的波长太小 实际很难观察到波动性 但仍具有波粒二象性 a d错误 康普顿效应说明光子除了具有能量之外还有动量 b正确 波粒二象性是光子的特性 单个光子也具有波粒二象性 c错误 答案b 2 实物粒子和光都具有波粒二象性 下列事实中突出体现波动性的是 a 电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样b 射线在云室中穿过会留下清晰的径迹c 人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构d 光电效应实验中 光电子的最大初动能与入射光的频率有关 与入射光的强度无关 解析电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 可以说明电子是一种波 故a正确 射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 可以说明 射线是一种粒子 故b错误 人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 中子衍射说明中子是一种波 故c正确 光电效应实验中 光电子的最大初动能与入射光的频率有关 与入射光的强度无关 说明光是一种粒子 故d错误 答案ac 3 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解析逸出功w0 h 0 w0 0 a正确 只有照射光的频率 大于金属极限频率 0 才能产生光电效应现象 b错误 由光电效应方程ekm h w0知 因 不确定时 无法确定ekm与w0的关系 c错误 光强e nh 越大 e一定 则光子数n越小 单位时间内逸出的光电子数就越少 d错误 答案a 4 2016 湖北