高考物理一轮复习 热学 基础课时3 热力学第一定律与能量守恒定律课件（选修3-3） (40)

1、基础课时基础课时3光电效应波粒二象性光电效应波粒二象性知识梳理知识梳理知识点一、黑体和黑体辐射普朗克能量子假说知识点一、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。反射的物体。(2)黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律一般材料的物体一般材料的物体,辐射的电磁波除与温度有关外辐射的电磁波除与温度有关外,还与材料的还与材料的种类及表面状况有关。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。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度

2、有关。a.随着温度的升高随着温度的升高,各种波长的辐射强度都各种波长的辐射强度都_。b.随着温度的升高随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。增加增加2.能量子能量子(1)定义：普朗克认为定义：普朗克认为,带电微粒辐射或者吸收能量时带电微粒辐射或者吸收能量时,只能辐射只能辐射或吸收某个或吸收某个_值的整数倍。即能量的辐射或者吸收只值的整数倍。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能是一份一份的。这个不可再分的最小能量值叫做能量子。叫做能量子。(2)能量子的大小：能量子的大小：h,其中其中是电磁波的频率是电磁波的频率,h

3、称为普朗克常称为普朗克常量。量。h6.631034 Js。最小能量最小能量知识点知识点二二、光电效应、光电效应1.定义定义照射到金属表面的光照射到金属表面的光,能使金属中的能使金属中的_从表面逸出的现象。从表面逸出的现象。2.光电子光电子_中发射出来的电子。中发射出来的电子。3.研究光电效应的电路图研究光电效应的电路图(如图如图1)：光电效应光电效应电子电子图图1其中其中A是是_。K是是_。4.光电效应规律光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率每种金属都有一个极限频率,入射光的频率必须入射光的频率必须_这个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极限频率才能产生光电效应。低

4、于这个频率的光不能产生光电效应。电效应。(2)光电子的最大初动能与入射光的光电子的最大初动能与入射光的_无关无关,只随入射光频只随入射光频率的增大而率的增大而_。(3)光电效应的发生光电效应的发生_的的,一般不超过一般不超过109s。(4)当入射光的频率大于极限频率时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饱和光电流的强度与入射光的强度成光的强度成_阳极阳极阴极阴极大于大于强度强度增大增大几乎瞬时几乎瞬时正比正比知识点知识点三三、爱因斯坦光电效应方程、爱因斯坦光电效应方程1.光子说光子说在空间传播的光是不连续的在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的而是一份一份的,每一份叫做一个每

5、一份叫做一个光的能量子光的能量子,简称光子简称光子,光子的能量光子的能量_。其中。其中h6.631034Js。(称为普朗克常量称为普朗克常量)2.逸出功逸出功W0使电子脱离某种金属所做功的使电子脱离某种金属所做功的_。3.最大初动能最大初动能发生光电效应时发生光电效应时,金属表面上的金属表面上的_吸收光子后克服原子核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。引力逸出时所具有的动能的最大值。h最小值最小值电子电子4.遏止电压与截止频率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截止频

6、率：能使某种金属发生光电效应的_频率叫做该种频率叫做该种金属的截止频率金属的截止频率(又叫极限频率又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限。不同的金属对应着不同的极限频率。频率。5.爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：表达式：Ekh_。(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是物理意义：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这些能量的一部分用来克服金属的_,剩下的表现剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能为逸出后光电子的最大初动能Ek_。最小最小逸出功逸出功W0W0知识点知识点四四、光的波粒二象性与物质波、光的波粒二象性与物质波1

7、.光的波粒二象性光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有_性。性。(2)光电效应说明光具有光电效应说明光具有_性。性。(3)光既具有波动性光既具有波动性,又具有粒子性又具有粒子性,称为光的称为光的_。2.物质波物质波(1)概率波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,亮条纹是亮条纹是光子到达概率光子到达概率_的地方的地方,暗条纹是光子到达概率暗条纹是光子到达概率_的地方的地方,因此因此光波又叫概率波。光波又叫概率波。(2)物质波物质波任何一个运动着的物体任何一个运动着的物体,小到微观粒子

8、大到宏观物体都有一种小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应波与它对应,其波长其波长_,p为运动物体的动量为运动物体的动量,h为普朗克为普朗克常量。常量。波动波动粒子粒子波粒二象性波粒二象性大大小小思考思考下列说法是否正确下列说法是否正确,正确的画正确的画“”,错误的画错误的画“”。(1)只要光照射的时间足够长只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应。任何金属都能产生光电效应。()(2)光电子就是光子。光电子就是光子。()(3)极限频率越大的金属材料逸出功越大。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从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这

9、种金属的逸出功这种金属的逸出功越小。越小。()(5)入射光的频率越大入射光的频率越大,逸出功越大。逸出功越大。()参考答案参考答案(1)(2)(3)(4)(5)诊断自测诊断自测 1.如图如图2所示所示,用导线把验电器与锌板相连接用导线把验电器与锌板相连接,当用紫外线照射锌板当用紫外线照射锌板时时,发生的现象是发生的现象是_。图图2A.有光子从锌板逸出有光子从锌板逸出B.有电子从锌板逸出有电子从锌板逸出C.验电器指针张开一个角度验电器指针张开一个角度D.锌板带负电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,锌板上的电子锌板上的电子吸收紫外线的能量从

10、锌板表面逸出吸收紫外线的能量从锌板表面逸出,称之为光电子称之为光电子,故故A错误错误,B正正确；锌板与验电器相连确；锌板与验电器相连,带有相同电性的电荷带有相同电性的电荷,锌板失去电子应该锌板失去电子应该带正电带正电,且失去电子越多且失去电子越多,带正电的电荷量越多带正电的电荷量越多,验电器指针张角验电器指针张角越大越大,故故C正确正确,D错误。错误。参考答案参考答案BC2.在光电效应实验中在光电效应实验中,用单色光照射某种金属表面用单色光照射某种金属表面,有光电子逸出有光电子逸出,则光电子的最大初动能取决于入射光的则光电子的最大初动能取决于入射光的_。A.频率频率 B.强度强度C.照射时间照

11、射时间 D.光子数目光子数目参考答案参考答案A3.关于光电效应的产生以及现象关于光电效应的产生以及现象,下列描述正确的是下列描述正确的是_。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.对某金属来说对某金属来说,入射光波长必须大于一极限值入射光波长必须大于一极限值,才能产生光电才能产生光电效应效应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束光照射到某种金属上不能发生光电效应,一定是入射光一定是入射光的光子能量太小的光子能量太小解

12、析根据爱因斯坦光电效应方程解析根据爱因斯坦光电效应方程EkmhW0可知可知,逸出的光逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大,A正确；由光电正确；由光电效应方程可知入射光波长必须小于一极限值效应方程可知入射光波长必须小于一极限值,才能产生光电效才能产生光电效应应,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出的方式有关,因此光电子的动能不一定都相同因此光电子的动能不一定都相同,C错误；能否发错误；能否发生光电效应与入射光的强度无关生光电效应与入射光的强度无关,与入射光的光子频率

13、、光子能与入射光的光子频率、光子能量有关量有关,D正确。正确。参考答案参考答案AD4.有关光的本性有关光的本性,下列说法正确的是下列说法正确的是_。A.光既具有波动性光既具有波动性,又具有粒子性又具有粒子性,两种性质是不相容的两种性质是不相容的B.光的波动性类似于机械波光的波动性类似于机械波,光的粒子性类似于质点光的粒子性类似于质点C.大量光子才具有波动性大量光子才具有波动性,个别光子只具有粒子性个别光子只具有粒子性D.由于光既具有波动性由于光既具有波动性,又具有粒子性又具有粒子性,无法只用其中一种性质无法只用其中一种性质去说明光的一切行为去说明光的一切行为,只能认为光具有波粒二象性只能认为光

14、具有波粒二象性解析光既具有波动性解析光既具有波动性,又具有粒子性又具有粒子性,但它又不同于宏观观念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同表现,是同一客体的两个不同侧面、不同属性是同一客体的两个不同侧面、不同属性,我们无法用其我们无法用其中的一种性质去说明光的一切行为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只能认为光具有波粒二象性。性。参考答案参考答案D5.关于光电效应的规律关于光电效应的规律,下列说法中正确的是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只有入射光的波长

15、大于该金属的极限波长,光电效应才能光电效应才能产生产生B.光电子的最大初动能跟入射光强度成正比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发生光电效应的反应时间一般都大于107sD.发生光电效应时发生光电效应时,单位时间内从金属内逸出的光电子数目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与入射光强度成正比参考答案参考答案D考点一光电效应现象和光电效应方程的应用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对光电效应的四点提醒(1)能否发生光电效应能否发生光电效应,不取决于光的强度而取决于光的频率。不取决于光的强度而取决于光的频率。(2)光电

16、效应中的光电效应中的“光光”不是特指可见光不是特指可见光,也包括不可见光。也包括不可见光。(3)逸出功的大小由金属本身决定逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关。与入射光无关。(4)光电子不是光子光电子不是光子,而是电子。而是电子。2.两条对应关系两条对应关系(1)光强大光强大光子数目多光子数目多发射光电子多发射光电子多光电流大；光电流大；(2)光子频率高光子频率高光子能量大光子能量大光电子的最大初动能大。光电子的最大初动能大。3.定量分析时应抓住三个关系式定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：爱因斯坦光电效应方程：EkhW0。(2)最大初动能与遏止电压的关系：最大初动能与遏

17、止电压的关系：EkeUc。(3)逸出功与极限频率的关系：逸出功与极限频率的关系：W0h0。【例【例1】(2014广东理综广东理综,18)在光电效应实验中在光电效应实验中,用频率为用频率为的光的光照射光电管阴极照射光电管阴极,发生了光电效应发生了光电效应,下列说法正确的是下列说法正确的是_。A.增大入射光的强度增大入射光的强度,光电流增大光电流增大B.减小入射光的强度减小入射光的强度,光电效应现象消失光电效应现象消失 C.改用频率小于改用频率小于的光照射的光照射,一定不发生光电效应一定不发生光电效应D.改用频率大于改用频率大于的光照射的光照射,光电子的最大初动能变大光电子的最大初动能变大参考答案

18、参考答案AD易错提醒易错提醒(1)误认为入射光的强度只由光的频率决定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入射光的强度增大时,光电流不变而漏选光电流不变而漏选A项。项。(2)误认为频率误认为频率是极限频率是极限频率,只要入射光的频率减小就一定不发只要入射光的频率减小就一定不发生光电效应而错选生光电效应而错选C项项,实际上实际上,入射光的频率变小后入射光的频率变小后,只要入射光只要入射光的频率大于金属的极限频率的频率大于金属的极限频率,仍能发生光电效应。仍能发生光电效应。【拓展延伸】【拓展延伸】在【例在【例1】中】中,现改为频率为现改为频率为的另一单色光照射该金属表面的另一单色光

19、照射该金属表面,下面下面说法正确的是说法正确的是_。A.如果如果,能够发生光电效应能够发生光电效应B.如果如果,不能够发生光电效应不能够发生光电效应C.如果如果,逸出功不变逸出功不变D.如果如果,逸出光电子的最大初动能不受影响逸出光电子的最大初动能不受影响参考答案参考答案AC【变式训练】【变式训练】1.在光电效应实验中在光电效应实验中,某金属的截止频率相应的波长为某金属的截止频率相应的波长为0,该金属的该金属的逸出功为逸出功为_。若用波长为。若用波长为(0)的单色光做该实验的单色光做该实验,则其则其遏止电压为遏止电压为_。已知电子的电荷量、真空中的光速和普。已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗

20、克常量分别为朗克常量分别为e、c和和h。考点二光电效应的图象分析考点二光电效应的图象分析图象名称图象名称图线形状图线形状由图线直接由图线直接(间接间接)得到的物理量得到的物理量最大初动能最大初动能Ek与入射光频率与入射光频率的关系图线的关系图线极限频率：图线与极限频率：图线与轴交点的横坐标轴交点的横坐标c逸出功：图线与逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值轴交点的纵坐标的值W0|E|E普朗克常量：图线的斜率普朗克常量：图线的斜率kh颜色相同、强颜色相同、强度不同的光度不同的光,光光电流与电压的电流与电压的关系关系遏止电压遏止电压Uc：图线与横轴的交点：图线与横轴的交点饱和光电流饱和光电流Im：电

21、流的最大值：电流的最大值最大初动能：最大初动能：EkmeUc颜色不同时颜色不同时,光光电流与电压的电流与电压的关系关系遏止电压遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流饱和光电流最大初动能最大初动能Ek1eUc1,Ek2eUc2遏止电压遏止电压Uc与与入射光频率入射光频率的的关系图线关系图线截止频率截止频率c：图线与横轴的交点：图线与横轴的交点遏止电压遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大：随入射光频率的增大而增大普朗克常量普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的：等于图线的斜率与电子电量的乘积乘积,即即hke。(注：此时两极之间接反向电压注：此时两极之间接反向电压)【例【例2】2015新课标全国卷新课

22、标全国卷,35(1)在某次光电效应实验中在某次光电效应实验中,得到的遏止电压得到的遏止电压Uc与入射光的频率与入射光的频率的关系如图的关系如图3所示。若该所示。若该直线的斜率和截距分别为直线的斜率和截距分别为k和和b,电子电荷量的绝对值为电子电荷量的绝对值为e,则普则普朗克常量可表示为朗克常量可表示为_,所用材料的逸出功可表示为所用材料的逸出功可表示为_。图图3参考答案参考答案ekeb【变式训练】【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,可可得到光电子最大初动能得到光电子最大初动能Ek随入射光频率随入射光频率变化的

23、变化的Ek图象。已图象。已知钨的逸出功是知钨的逸出功是3.28 eV,锌的逸出功是锌的逸出功是3.34 eV,若将二者的图线若将二者的图线画在同一个画在同一个Ek坐标系中坐标系中,如图所示如图所示,用实线表示钨用实线表示钨,虚线表示锌虚线表示锌,则正确反映这一过程的是则正确反映这一过程的是_。参考答案参考答案A考点三光的波粒二象性、物质波考点三光的波粒二象性、物质波光既具有波动性光既具有波动性,又具有粒子性又具有粒子性,两者不是孤立的两者不是孤立的,而是有机的统而是有机的统一体一体,其表现规律为：其表现规律为：(1)个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效个别光子的作用效果往往表现

24、为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。果往往表现为波动性。(2)频率越低波动性越显著频率越低波动性越显著,越容易看到光的干涉和衍射现象；频越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著率越高粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和衍射现象越不容易看到光的干涉和衍射现象,而贯而贯穿本领越强。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,往往往表现为粒子性。往表现为粒子性。【例【例3】如图】如图4甲所示为实验小组利用甲所示为实验小组利用100多个电子通过双缝后的多个电子通过双缝后的干涉图样干涉图样,可以看出每一个电子

25、都是一个点；如图乙所示为该小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组利用70 000多个电子通过双缝后的干涉图样多个电子通过双缝后的干涉图样,为明暗相间的条为明暗相间的条纹。则对本实验的理解正确的是纹。则对本实验的理解正确的是_。图图4A.图甲体现了电子的粒子性图甲体现了电子的粒子性B.图乙体现了电子的粒子性图乙体现了电子的粒子性C.单个电子运动轨道是确定的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说明少数粒子体现粒子性子性,到达的位置不同

26、到达的位置不同,说明单个电子的运动轨道不确定说明单个电子的运动轨道不确定,A正确正确,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错误；明条纹是电子到达概率大的地方,D正确。正确。参考答案参考答案AD【变式训练】【变式训练】3.在单缝衍射实验中在单缝衍射实验中,中央亮纹的光强占整个从单缝射入的光强中央亮纹的光强占整个从单缝射入的光强的的95%以上以上,假设现在只让一个光子通过单缝假设现在只让一个光子通过单缝,那么该光子那么该光子_。A.一定落在中央亮纹处一定落在中央亮纹处B.一定落在亮纹处一

27、定落在亮纹处C.可能落在暗纹处可能落在暗纹处D.落在中央亮纹处的可能性最大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当大量光子通过单缝时光子落在亮纹处的概率较大子落在亮纹处的概率较大,尤其是中央亮纹处尤其是中央亮纹处,依题将有依题将有95%以上以上的光子落在中央亮纹处的光子落在中央亮纹处,落在其他亮处相对少一些落在其他亮处相对少一些,落在暗纹处光落在暗纹处光子最少子最少,要注意暗纹处不是没有光子落在上面要注意暗纹处不是没有光子落在上面,只是很少而已。只只是很少而已。只让一个光子通过单缝让一个光子通过单缝,这个光子落在哪一位置是

28、不可确定的这个光子落在哪一位置是不可确定的,可以可以落在亮纹处落在亮纹处,也可以落在暗纹处也可以落在暗纹处,只是落在中央亮纹处的机会更大只是落在中央亮纹处的机会更大(有有95%以上以上)。参考答案参考答案CD1.下列说法中正确的是下列说法中正确的是_。A.实物的运动有特定的轨道实物的运动有特定的轨道,所以实物不具有波粒二象性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光是高速运动的微观粒子,单个光子不具有波粒二象性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宏观物体的物质波波长非常小,极易观察到它的波动极易

29、观察到它的波动解析由德布罗意理论知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宏观物体的德布罗意波的波长太小,实实际很难观察到波动性际很难观察到波动性,但仍具有波粒二象性但仍具有波粒二象性,A、D错误；康普顿错误；康普顿效应说明光子除了具有能量之外还有动量效应说明光子除了具有能量之外还有动量,B正确；波粒二象性正确；波粒二象性是光子的特性是光子的特性,单个光子也具有波粒二象性单个光子也具有波粒二象性,C错误。错误。参考答案参考答案B2.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的是_。A.电子束通过双缝实验装置后可以

30、形成干涉图样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效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率有关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,可以说明可以说明电子是一种波电子是一种波,故故A正确；正确；射线在云室中穿过会留下清晰的径射线在云室中穿过会留下清晰的径迹迹,可以说明可以说明射线是一种粒子射线是一种粒子,故故B错误；人们利用慢中子衍射错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构来研究晶体的结构,中子衍射说明中子是一种波中子衍射说明中子是一种波,故故C正确；光电正确；光电效应实验中效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率