高三物理一轮复习：15.1《波粒二象性》新人教

第十五章波粒二象性原子结构与原子核第1课时波粒二象性考点自清一、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.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.电子极限频率强度频率.

(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.方程:

.特别提醒

1.理解极限频率、最大初动能、光电流的概念.2.注意光电效应方程中各量的物理含义.瞬时强度Ek=hν-W0.二、光子说1.内容:空间传播的光是一份一份的,每一份叫一个

,一个光子的能量为E=

.2.意义:(1)解释了

现象.(2)说明了光具有

.三、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.光子hν光电效应粒子性波动粒子波粒二象.四、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λ=

,p为运动物体的动量,h为普朗克常量.大小.热点聚焦热点一光子说对光电效应规律的解释每种金属存在极限频率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,入射光子能量不能小于W0,根据光子说,光子的能量E=hν,电子克服引力做功W0对应的频率ν=,即极限频率.光电效应的产生几乎是瞬时的光是一份一份的,当光照射到金属表面上时,电子吸收一个光子的能量后,动能立即增大,不需要能量积累过程..光电子的最大初动能与入射光的强度无关,而随着入射光的频率增大而增大根据光子说,入射光的能量E=hν是由频率决定的,电子吸收一个光子后增加的能量,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,对某一种金属,W0是一定的,故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大.光电流的强度与入射光的强度成正比光的强度是指单位时间内入射到金属表面上的光的能量,若单位时间内入射到金属表面上的光子数为n,每个光子的能量为E=hν,入射光的强度可表示为nhν,当频率一定时,光的强度越大,入射到金属表面的光子数越多,有更多的电子吸收光子而从金属表面逸出..

特别提示

1.照射光的频率决定着是否发生光电效应及光电子的初动能.2.光电子是金属表面受光照射出来的电子,与光子不同..热点二光电效应方程及曲线1.光电效应方程的意义金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν,

这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0,剩下的表现为逸出后电子的最大初动能Ek=mv2,

是能量守恒的必然结果.2.Ek—ν曲线(如图1所示)图1.3.由Ek—ν曲线可以得到的物理量

(1)极限频率:图线与ν轴交点的横坐标ν0.

(2)逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0=E.(3)普朗克常量:图线的斜率k=h..热点三光的波动性与粒子性的比较项目内容说明光的粒子性1.当光同物质发生作用时,这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质2.少量或个别光子容易显示出光的粒子性粒子的含义是“不连续”、“一份一份的”光的粒子即光子,不同于宏观观念的粒子.光的波动性1.足够能量的光在传播时,表现出波动的性质2.光是一种概率波,即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互作用产生的光的波动性不同于宏观概念的波波和粒子的对立统一宏观世界:波和粒子是相互对立的概念微观世界:波和粒子是统一的光子说并未否定波动性,光子能量E=hν=

中,ν和λ就是描述波的两个概念.热点四物质波1.我们平时所看到的宏观物体,其运动时,我们看不出它们的波动性来,但也有一个波长与之对应,

例如飞行子弹的波长约为10-34m.2.波粒二象性是微观粒子的特殊规律,一切微观粒子都存在波动性;宏观物体也存在波动性,只是波长太小,难以观测.3.物质波又称德布罗意波,德布罗意波也是概率波.

电子束通过铝箔时的衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方,但概率的大小受波动规律的支配.4.物质波不是机械波,也不是电磁波.物质波在某一地方的强度跟在该处找到它所代表的概率成正比,物质波仍是一种概率波..题型探究题型1光电效应现象的理解【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.思路点拨

解答本题时应注意以下三点:(1)光电效应的产生条件.(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).

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电子),光强减弱,逸出的电子数目减少,C对.

答案

C.规律总结理解光子学说,能形象地想象光电效应的物理图景:光一份一份射向金属,电子吸收一个光子后能量变大,挣脱原子核的束缚,成为光电子.很容易从这一图景中分析有关光电效应的定性理解问题..变式练习1100多年前的1905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.

解析

根据光电效应现象的实验规律,只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应,故A、D

正确;根据光电效应方程,最大初动能与入射光频率为线性关系,但非正比关系,B错;根据光电效应现象的实验规律,光电子的最大初动能与入射光强度无关,C错.

答案

AD.题型2光电效应方程的应用【例2】如图2所示,当开关S断开时,

用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P,发现电流表读数不为零.

合上电键,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数大于或等于0.60V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.图2.思维导图

解析

设用光子能量为2.5eV的光照射时,光电子的最大初动能为Ek,阴极材料逸出功为W0.

当反向电压达到U=0.60V以后,具有最大初动能的光电子也达不到阳极,因此eU=Ek.

由光电效应方程Ek=hν-W0

由以上二式Ek=0.6eV,W0=1.9eV

所以此时最大初动能为0.6eV,该阴极材料的逸出功为1.9eV.

答案

(1)0.6eV(2)1.9eV临界条件动能定理光电子的最大初动能光电效应方程逸出功.规律总结

光电效应现象中射出的光电子具有一定动能,因此易与电场、磁场相结合命制综合性较强的试题.射出的光电子的动能是解决这类问题的重要条件,可由爱因斯坦光电效应方程求得..变式练习2

波长为λ=0.17

μm的紫外线照射至金属筒上能使其发射光电子,光电子在磁感应强度为B的匀强磁场中,做最大半径为r的匀速圆周运动时,已知r·B=5.6×10-6T·m,光电子质量m=9.1×10-31kg,电荷量e=1.6×10-19C.

求:(1)光电子的最大动能.(2)金属筒的逸出功..

解析

(1)光电子做半径最大的匀速圆周运动时,

它的动能即是最大动能.

由evB=得v= ①

所以 ②代入数据得mv2=4.41×10-19J ③(2)由爱因斯坦光电效应方程得

W=hν- ④

代入数据得W=7.3×10-19J ⑤

答案

(1)4.41×10-19J(2)7.3×10-19J.素能提升1.如图3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ν的关系图象.由图象可知

()A.该金属的逸出功等于EB.该金属的逸出功等于hν0C.入射光的频率为2ν0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图3.

解析由图并结合Ek=hν-W0得,Ek=hν-E,故逸出功W0=E,故选项A对;当Ek=0时,ν=ν0,故E=

hν0,故选项B对;ν=2ν0时,可得出Ek=E,故选项

C对;当入射光的频率为时,不发生光电效应,

故选项D错.

答案

ABC.2.下表给出了一些金属材料的逸出功.

现用波长为400nm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h=6.63×10-34J·s,光速c=3.0×108m/s)()A.2种 B.3种 C.4种 D.5种

解析

要发生光电效应,则入射光的能量大于金属的逸出功,由题可算出波长为400nm的光的能量为E=hν0=h

=6.63×10-34×J=4.97×10-19J,大于铯和钙的逸出功.所以A选项正确.材料铯钙镁铍钛逸出功（10-19J）3.04.35.96.26.6A.3.研究光电效应规律的实验装置如图4所示,用频率为ν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()图4..

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,不需要时间积累,故A、D图象正确;从金属中打出的光电子,在反向电压作用下做减速运动,随着反向电压的增大,到达阳极的光电子数减少,故C图象正确;由光电效应方程可知:hν=

hν0+Ek,而eU0=Ek,所以有hν=hν0+eU0,由此可知,B图象错误.

答案

B.4.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,在这两个过程中,对于下列四个量,一定相同的是

,可能相同的是

,一定不同的是

.A.光子的能量

B.光电子的逸出功

C.光电子动能

D.光电子初动能.

解析

光子的能量由光的频率决定,同一束单色光频率相同,因而光子能量相同.逸出功等于电子脱离原子核束缚需要做的最少的功,因此只由材料决定.锌片和银片的光电效应中,光电子的逸出功一定不相同.由Ek=hν-W0,照射光子能量

hν相同,逸出功W0不同,则电子最大初动能也不同.由于光电子吸收光子后到达金属表面的路径不同,途中损失的能量也不同,因而脱离金属时的动能可能分布在零到最大初动能之间.所以,

两个不同光电效应的光电子中,有时初动能是可能相等的.

答案

ACDB.5.质子甲的速度是质子乙速度的4倍,甲质子的德布罗意波长是乙质子的

倍.同样速度的质子和电子,

的德布罗意波长大.

解析

据λ=可知甲质子的德布罗意波长是乙质子的倍.

由于质子的质量大于电子的质量,因此同样速度的质子比电子的德布罗意波长小.电子.6.太阳能光电直接转换的基本原理是利用光电效应,将太阳辐射能直接转换成电能.如图5所示是测定光电流的电路简图,光电管加正向电压.

(1)在图上标出电源和电流表的正、负极.(2)入射光应照射在

极上.(3)若电流表读数是10μA,则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子至少是

个.图5.解析

(3)q=It=10×10-6×1C=10-5C

而n=,所以含有6.25×1013个光电子.

答案

(1)电源左边为正极,右边为负极电流表是上正下负

(2)B(3)6.25×1013.7.已知金属铯的逸出功为1.9eV,在光电效应实验中,要使铯表面发出的光电子的最大初动能为

1.0eV,求入射光的波长应为多少?

解析

据光电效应方程Ek=hν-W0可得入射光的频率为

ν=

由c=νλ可得入射光的波长为

λ==4.3×10-7m

答案

4.3×10-7m.

反思总结光电效应定义：物体在光照射下释放出电子的现象规律对于任何一种金属,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光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大入射光照到金属上时,光电子的发射几乎是瞬时的解释光子说:光在空间传播过程中是不连续的,而是一份一份的,每一份叫一个光子,光子的能量E=hν爱因斯坦光电方程

mv2=hv-W0返回..9、静夜四无邻，荒居旧业贫。。2023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202310、雨中黄叶树，灯下白头人。。2023/1/102023/1/102023/1/101/10/20231:00:17PM11、以我独沈久，愧君相见频。。2023/1/102023/1/102023/1/10Jan-2310-Jan-2312、故人江海别，几度隔山川。。2023/1/102023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202313、乍见翻疑梦，相悲各问年。。2023/1/102023/1/102023/1/102023/1/101/10/202314、他乡生白发，旧国见青山。。10一月20232023/1/102023/1/102023/1/1015、比不了得就不比，得不到的就不要。。。一月232023/1/102023/1/102023/1/101/10/202316、行动出成果，工作出财富。。2023/1/102023/1/1010January202317、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。。2023/1/102023/1/102023/1/102023/1/109、没有失败，只有暂时停止成功！。2023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202310、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。。2023/1/102023/1/102023/1/101/10/20231:00:17PM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。。2023/1/102023/1/102023/1/10Jan-2310-Jan-2312、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。。2023/1/102023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202313、不知香积寺，数里入云峰。。2023/1/102023/1/102023/1/102023/1/101/10/202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。10一月20232023/1/102023/1/102023/1/1015、楚塞三湘接，荆门九派通。。。一月23