【红对勾】高考物理复习 161 光电效应 波粒二象性课件.ppt

第十六章波粒二象性原子结构与原子核 考纲展示 命题导向高考对该部分知识要求较低 但每年均有试题涉及 其中氢原子能级和核反应方程和质能方程等命题频率较高 其次对物理学史 著名实验和重要的物理学理论等 近几年高考中也时有出现 其他知识点 试题呈交替出现情况 因此 对本章的复习应注意既突出重点 又不丢细节 复习策略本章的重点是 氢原子能级原子核的人工转变 原子核的组成和核能 难点是 核能和核反应方程的书写 宏观领域的经验和规律在微观领域遇到严重的障碍 微观领域问题的研究方法是 从实验事实出发 经过分析总结 提出假设 建立模型 再经过实验的验证 并发现新的问题 从而对假设进行修正 如此循环 使人类的认识不断进步 课时1光电效应波粒二象性 梳理知识突破难点 课前自主学习 知识回顾 1 光电效应 在光 包括不可见光 的照射下 从物体发射出电子的现象称为光电效应 2 光电效应的实验规律 简易装置 如图1所示 1 任何一种金属都有一个极限频率 入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应 低于这个极限频率则不能发生光电效应 2 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 随入射光频率的增大而增大 3 大于极限频率的光照射金属时 光电流强度 反映单位时间内发射出的光电子数的多少 与入射光强度成正比 4 金属受到光照 光电子的发射一般不超过10 9s 3 光子说 1 量子论 1900年德国物理学家普朗克提出 电磁波的发射和吸收不是不连续的 而是一份一份的 每一份电磁波的能量e h 2 光子说 1905年爱因斯坦提出 空间传播的光也是不连续的 而是一份一份的 每一份称为一个光子 光子具有的能量与光的频率成正比 即 e h 其中h为普朗克常量 h 6 63 10 34j s 要点深化 1 金属中的自由电子 获得光子后其能量增大 当能量大于逸出功时 电子即可脱离金属表面 入射光的频率越大 光子能量越大 电子获得的能量也越大 飞出时的最大初动能也越大 2 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离子对其的引力而逃逸出金属表面 成为光电子 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 就不能使金属产生光电效应 这就是存在极限频率的原因 3 光子说成功地解释了光电效应现象 光电效应现象表明光具有粒子性 基础自测 2009 上海高考 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 知识回顾 1 爱因斯坦光电效应方程 ek h w ek是光电子的最大初动能 w是逸出功 即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功 2 逸出功w与极限频率 0的关系为w h 0 要点深化 1 每个电子只能吸收一个光子的能量 光子的本质是光 光电子的本质是电子 二者有本质的区别 2 金属的逸出功w0是由金属材料本身决定的 3 光电子的最大初动能与入射光的频率是线性关系 但不是正比例关系 a 逸出功与 有关b ekm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解析 由光电效应方程ekm h w w h 0 与y kx b相对应可知只有d项正确 答案 d 知识回顾 1 光的波粒二象性 1 干涉 衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波 光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子 因此现代物理学认为 光具有波粒二象性 2 正确理解波粒二象性 波粒二象性中所说的波是一种概率波 对大量光子才有意义 波粒二象性中所说的粒子 是指其不连续性 是一份能量 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 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 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 4 康普顿效应 在研究电子对x射线的散射时发现 有些散射波的波长比入射波的波长略大 康普顿认为这是因为光子不仅有能量 也具有动量 实验结果证明这个设想是正确的 因此康普顿效应也证明了光具有粒子性 3 物质波不是机械波 也不是电磁波 物质波的某一地方的强度跟该处找到它所代表的概率成正比 物质波仍是一种概率波 4 对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性的角度出发 才能统一说明光的各种 行为 光子说并不否认光的电磁说 在理解光的波粒二象性时 既不能把光当成宏观概念中的波 也不能把光当成微观概念中的粒子 基础自测 物理学家做了一个有趣的实验 在光屏处放上照相用的底片 若减弱光的强度 使光子只能一个一个地通过狭缝 实验结果表明 如果曝光时间不太长 底片只能出现一些不规则的点子 如果曝光时间足够长 底片上就会出现规则的干涉条纹 对这个实验结果有下列认识 其中正确的是 a 曝光时间不太长时 底片上只能出现一些不规则的点子 表现出光的波动性b 单个光子通过双缝后的落点可以预测c 只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性d 干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 解析 每个光子的运动规律是不确定的 底片上出现的一些不规则的点子 表明了光的粒子性 只有大量光子的行为才能表现出光的波动性 干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 暗条纹处是光子到达机会较少的地方 答案 d 师生互动规律总结 课堂讲练互动 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 解析 光电效应瞬时 10 9s 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光电子 光强减弱 逸出的光电子数目减少 c对 答案 c 题后反思 1 光电效应的产生条件 入射光频率大于金属的极限频率 2 入射光的频率决定最大初动能 3 光电效应的瞬时性 10 9s 变式1 1 2011 广东卷 光电效应实验中 下列表述正确的是 a 光照时间越长光电流越大b 入射光足够强就可以有光电流c 遏止电压与入射光的频率有关d 入射光频率大于极限频率才能产生光电子解析 在光电效应中 若照射光的频率小于极限频率 无论光照时间多长 光照强度多大 都无光电流 当照射光的频率大于极限频率时 立刻有光电子产生 时间间隔很小 故a b错误 d正确 由 eu 0 ek ek h w 可知u h w e 即遏止电压与入射光频率 有关 答案 cd 例2 紫光的波长为4000a 金属钠的逸出功为3 5 1019j 求 1 每个紫光光子的能量为多大 2 若用该紫光照射金属钠时 产生的光电子的最大初动能是多大 1a 10 10m 答案 1 5 0 10 19j 2 1 5 10 19j 变式2 1某光电管的阴极是用金属钾制成的 它的逸出功为2 21ev 用波长为2 5 10 7m的紫外线照射阴极 已知真空中光速为3 0 108m s 元电荷为1 6 10 19c 普朗克常量为6 63 10 34j s 求钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能 例3 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 解析 光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律 大量光子运动的规律表现出光的波动性 而单个光子的运动表现出光的粒子性 光的波长越长 波动性越明显 光的频率越高 粒子性越明显 而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 不是不具有波粒二象性 d项合题意 答案 d 变式3 1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 注意的是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 只是落在中央亮纹的机会更大 有95 以上 答案 cd 感悟真题检验技能 随堂巩固训练 3 研究光电效应规律的实验装置如图4所示 用频率为 的光照射光电管阴极k时 有光电子产生 由于光电管k a间加的是反向电压 光电子从阴极k发射后将向阳极a做减速运动 光电流i由图中电流计g测出 反向电压u由电压表v测出 当电流计的示数恰好为零时 电压表的示数称为反向截止电压u0 在下列表示光电效应实验规律的图象中 错误的是 解析 由光电效应规律可知 光电流的强度与光强成正比 光照射到金属上时 光电子的发射是瞬时的 不需要时