高考一轮复习课件：13.3光电效应光的粒子性

1、 1 1几个概念几个概念 光电子：光电效应现象中金属表面发射出的电子称为光电子 光电流：在光电管的阳极a和阴极k之间加上直流电压u，当用频率足够高的单色光照射阴极k时，阴极k上会有光电子逸出，它们在加速电场的作用下飞向阳极a而形成电流i，称为光电流光电流i随正向电压u的增大而增大，并逐渐趋于其饱和值is，这一电流称为饱和电流可以解释为，当光电流达到饱和时，阴极k上所有逸出的光电子全部飞到了阳极a上 遏止电压：a和k两极间的电压为零时，光电流并不为零，只有当两极间加了反向电压uuc0时，光电流i才为零，uc称为遏止电压 极限频率：对于给定的金属材料制成的阴极，当入射光频率低到某值0时，光电子的最

2、大初动能为零.若入射光频率再降低，则无论光的强度多大，都没有光电子产生，不发生光电效应这个由阴极金属材料性质决定的频率0，称为金属的截止频率，或极限频率 逸出功wh0：金属表面的电子吸收了光子的能量h0后恰能挣脱金属的束缚，但这些光电子脱离金属表面后不具有初动能，即光电子的逸出功wh0. 2光电效应实验规律 光照射金属表面，使金属表面发射电子的现象，这就是光电效应现象 (1)存在着饱和电流在光照条件不变的情况下，随着所加电压增大，光电流趋于一个饱和值入射光越强，饱和电流越大. (2)存在着遏止电压和极限频率使光电流减小到零的反向电压称为遏止电压，对于一定颜色(频率)的光，无论光的强弱如何，遏止

3、电压都是一样的，光的颜色改变，遏止电压也会改变光电子的能量与入射光的频率有关，与入射光的强度无关当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应，不同金属的截止频率不同 (3)光电效应具有瞬时性只要满足发生光电效应的条件，光电效应几乎是瞬间发生的，不超过109s. 3光子说 1905年爱因斯坦提出了光量子概念，认为光能量也和辐射能量一样，不是连续分布的，而是一份一份地集中在一个个粒子光子上或者说，光是由大量以光速运动的粒子组成的光子流每个光子具有的能量为ehh (是光的频率，h是普朗克常量，c是光速，是光波波长)光子的动量为p . ch 4爱因斯坦光电效应方程：ekhw.其中ek为光电子获得的最大

4、初动能，h为光子的能量，w为光电子的逸出功 1. 1.光电效应规律光电效应规律 问题：哪位科学家完成了光电效应实验？哪位科学家有解释了这种现象？ 解答：德国物理学家赫兹完成了光电效应实验；爱因斯坦提出光子说，解释了光电效应现象，并且突出了光电效应方程 例例1：对爱因斯坦光电效应方程ekhw，下面的理解正确的有() a只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能ek b式中的w表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功 c逸出功w和极限频率0之间应满足关系式wh0 d光电子的最大初动能和入射光的频率成正比 解析：爱因斯坦光电效应方程ekh

5、w中的w表示从金属表面直接逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功，因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的其他光电子的初动能都小于这个值若入射光的频率恰好是极限频率，即刚好能有光电子逸出，可理解为逸出的光电子的最大初动能是0，因此有wh0.由ekhw可知ek和之间是一次函数关系，但不是成正比 【答案】 c 点评：点评：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离子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

6、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，就不能产生光电效应，这就是存在极限频率的原因 警示：警示：对光电效应实验的四个结论不能熟记易导致错误 2. 2.光电效应的图象问题光电效应的图象问题 问题：谈谈你对光电效应方程的理解 解答：爱因斯坦光电效应方程：ekhw(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) (1)电子的最大初动能与光的频率呈线性关系，而与光的强度无关(因为光子的能量与光的强度无关，而光的强度与光子的数目有关) 000 2whwh只有当入射光的光子能量大于或等于逸出

7、功，才能产生光电效应能够产生光电效应的极限频率可由下式得出： 即 例2：(2010江苏卷) (1)研究光电效应的电路如图1331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的关系图象的，正确的是()图1331 (2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子，光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小_(选填“增大”、“ 减 小 ” 或 “ 不 变 ” ) ， 原 因 是_ (3)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为3.4ev和1.51ev, 金属钠的截止频率为5

8、.531014hz, 普朗克常量h6.631034js.请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板， 能否发生光电效应 解析：(1)对于一定频率的光，无论光的强弱如何变化，遏止电压都是一样的，只有光的频率改变，遏止电压才会改变；但发生了光电效应后，入射光越强，饱和光电流越强c正确 (2)光电子从金属表面逸出的过程中，受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)，动能要减少，速度要减小，所以动量也要减小 (3)氢原子放出的光子能量ee3e2，代入数据得：e 1.89ev，金属钠的逸出功w0h0，代入数据得w02.3ev，因为ew0，所以不能发生光电效应 答案

9、：(1)c(2)减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)(3)见解析 点评：点评：光电效应重点问题主要围绕四个结论、图象、光电效应方程、能量守恒定律等方面进行 警示：警示：不要将光子和光电子看成同一粒子 3. 3.波粒二象性波粒二象性 问题：有的现象能够说明光是一种波，有的现象却说明光是一种粒子，光的本性究竟是什么？ 解答：干涉、衍射和偏振表明光是一种波；光电效应和康普顿效应表明光是一种粒子；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性 大量光子的传播规律体现为波动性；频率低、波长长的光，其波动性越显著；个别光子的行为体现为粒子性；频率越高、波长越短的光，其粒子性越显著；光在传播过程

10、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因此光具有波粒二象性 例例3：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，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，底片上只能出现一些无规则的亮点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹下列与这个实验结果相关的分析中，正确的是() a曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现无规则的亮点b单个光子的运动没有确定的轨道c干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方d只有大量光子才能表现出波动性 解析：少量的光子表现为粒子性，波动性不明显，大量的光子才表现为波动性，光子表现的波动性为一种

11、概率波，故选项b、c、d正确 答案：bcd 点评：点评：粒子和波动对宏观物体是两个对立的事物，但是对于微观粒子，波动性和粒子性是统一的 1.(单选)2003年全世界物理学家评选出“十大最美物理实验”，排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯杨”双缝干涉实验装置，进行电子干涉的实验如图1332所示，从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明( )a光具有波动性b光具有波粒二象性c微观粒子也具有波动性d微观粒子也是一种电磁波图1332c 2.(单选)对于红、黄、绿、蓝四种单色光，下列表述正确的是( ) a相同介质中，绿光的折射率最大 b红光的频率最高 c在相同介质中，蓝光的波长最短 d黄光光子的能量最小 解析：红、黄、绿、蓝四种单色光中，折射率最小的是红光、最大的是蓝光，所以a错误；频率最低的是红光、最高的是蓝光，所以b错误；频率越低的光其光子能量越小，所以d错误；在相同介质中，频率越高，则波长越短，所以c正确 答案：c3.(多选)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