课标通用版高考物理总复习第十二章01第1讲光电效应波粒二象性课件

第1讲光电效应波粒二象性一光电效应二光电效应方程三光的波粒二象性与物质波基础过关考点一对光电效应现象的理解考点二爱因斯坦光电效应方程和图像问题考点三光的波粒二象性物质波考点突破基础过关一、光电效应1.光电效应现象在光的照射下,金属中的①

电子

从表面逸出的现象。发射出来的电

子叫②

光电子

。入射光的频率③

大于

金属的极限频率。(1)每种金属都有一个极限频率,入射光的频率必须④

大于

这个极

限频率才能发生光电效应。(2)光电子的最大初动能与入射光的⑤

强度

无关,只随入射光频率

的增大而⑥

增大

。(3)光电效应的发生几乎是瞬时的,一般不超过10-9s。(4)当入射光的频率大于极限频率时,饱和光电流随入射光的增强而增大。二、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,一份叫做一个光量子,简

称光子。光子的能量ε=⑦

hν

,其中h×10-34

J·s(称为普朗克常量)。W0使电子脱离某种金属所做功的⑧

最小值

。发生光电效应时,金属表面上的⑨

电子

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。(1)表达式:Ek=hν-⑩

W0

。(2)物理意义:金属表面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光电子的最大初动能Ek=

mev2。三、光的波粒二象性与物质波(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有

波动

性。(2)光电效应、康普顿效应说明光具有

粒子

性。(3)光既具有

波动

性,又具有

粒子

性,称为光的波粒二象性。(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

大

的地方,暗条纹是光子到达概率

小

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。1.判断下列说法对错。(1)光子和光电子都是实物粒子。

(✕)(2)只要入射光的强度足够强,就可以使金属发生光电效应。

(✕)(3)要使某金属发生光电效应,入射光子的能量必须大于金属的逸出

功。

(√)(4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。

(✕)(5)光的频率越高,光的粒子性越明显,但仍具有波动性。

(√)

2.(多选)(2018安徽蚌埠月考)关于光电效应和康普顿效应的规律,下列

说法正确的是

(BD)A.光电效应中,金属板向外发射的光电子又可以叫做光子

截止频率C.对于同种金属而言,遏止电压与入射光的频率无关D.石墨对X射线散射时,部分X射线的散射光波长会变长,这个现象称为

康普顿效应

3.(多选)关于物质的波粒二象性,下列说法中正确的是

(ABC)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.实物粒子的运动有特定的轨道,所以实物不具有波粒二象性

考点一对光电效应现象的理解考点突破(1)两条线索(2)两条对应关系光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大;光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。对应规律对规律的产生的解释光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大,与入射光强度无关电子吸收光子能量后,一部分用于克服阻碍作用做功,剩余部分转化为光电子的初动能。只有直接

从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能,对于确定的金属,W0是一定的,故光电子的最大初动能

只随入射光的频率的增大而增大光电效应具有瞬时性光照射金属时,电子吸收一个光子的能量后,动能立即增大,不需要能量积累的过程光较强时饱和光电流大光较强时,包含的光子数较多,照射金属时产生的光电子较多,因而饱和光电流较大(1)光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电,光电子是金属表面

受到光照射时发射出来的电子,光子是光电效应的因,光电子是果。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时,电子吸收光子的能量,可能向各个方向运动,除了

要做逸出功外,有时还要克服原子的其他束缚的作用力,剩余部分为光

电子的初动能;只有金属表面的电子直接向外飞出时,只需克服原子核的引力做功的情况,才具有最大初动能。(3)光电流和饱和电流金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电

压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和电流,在一定的光

照条件下,饱和电流与所加电压大小无关。(4)入射光强度与光子能量入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量,光子能

量即每个光子的能量。光的总能量等于光子能量与入射光子数的乘积。1.(多选)[2016课标Ⅰ,35(1),5分]现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光电流产生。下列说法正确的是（ACE）A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大B.入射光的频率变高,饱和光电流变大C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关

解析保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,单位时间内逸出的光电子个数增加,则饱和光电流变大,故A项正确。饱和光电流的大小与入射光的频率无直接关系,故B项错误。由Ek=hν-W0,可知C项正确。当入射光的频率小于金属的极限频率时,光电效应不能发生,故D项错误。由eUc=

mv2=hν-W0得eUc=hν-W0,可见,遏止电压Uc随ν的增大而增大,与入射光的光强无关,故E项正确。2.(2018陕西西安六校联考)如图所示,当一束一定强度某一频率的黄光照射到光电管阴极K上时,此时滑片P处于A、B中点,电流表中有电

流通过,则

()P向B端移动时,电流表读数有可能不变P向A端移动时,电流表读数一定增大C.若用红外线照射阴极K时,电流表中一定没有电流通过D.若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时,电流表读数不变答案

A解析所加的电压使光电子到达阳极,电流表中有电流通过,且可能

处于饱和电流,当滑片向B端移动时,电流表读数有可能不变,当滑片向A

端移动时,所加电压减小,则光电流可能减小,也可能不变,故A正确,B错

误。若用红外线照射阴极K,红外线频率小于黄光的频率,但是不一定不

能发生光电效应,电流表中不一定没有电流通过,故C错误。若用一束强

度相同的紫外线照射阴极K时,紫外线的频率大于黄光的频率,则单位时

间内逸出的光电子数目减小,电流表读数减小,故D错误。考点二爱因斯坦光电效应方程和图像问题(1)爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0。(2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管实验的方法测得,即Ek=eUc,

其中Uc是遏止电压。(3)光电效应方程中的W0为逸出功,它与极限频率νc的关系是W0=hνc。图像名称图线形状读取信息最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线

①截止频率(极限频率):横轴截距②逸出功:纵轴截距是金属逸出功的负值③普朗克常量:图线的斜率k=h遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线

①截止频率νc:横轴截距②遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke颜色相同、强度不同的光照射金属,光电流与电压的关系

①遏止电压Uc:横轴截距②饱和光电流Im:电流的最大值③最大初动能:Ekm=eUc颜色不同时,光电流与电压的关系

①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流Im1、Im2③最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2(1)明确图像中纵坐标和横坐标所表示的物理量。(2)明确图像所表示的物理意义及所对应的函数关系,同时还要知道截

距、交点等特殊点的意义。例

(2018课标Ⅱ,17,6分)用波长为300nm的光照射锌板,电子逸出锌板

×10-19×10-34J·s,真空

×108m·s-1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率

约为

(B)×1014×1014Hz×1015×1015Hz

解析本题考查光电效应规律。由光电效应方程得Ek=

-W0,而能使锌产生光电效应的单色光的最低频率ν0应满足hν0=W0,联立得ν0=

-

=8×1014Hz,故选项B正确。考向1对Ek-ν图像的理解1.(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能×1014Hz,与纵轴交点的纵坐标为0.5eV)。由图可知

()×1014Hz×1014HzD.该金属的逸出功为0.5eV答案

AC

解析

Ek-ν图线在横轴上的截距为金属的截止频率,A正确,B错误;

由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,Ek-ν图线的斜率为普朗克常量,

C正确;金属的逸出功为W0=hνc=

eV=1.77eV,D错误。考向2对I-U图像的理解2.如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ=0.50μm的

绿光照射阴极K,实验测得流过表G的电流I与A、K之间的电势差UAK满

足如图乙所示规律,取普朗克常量h×10-34J·s。结合图像,求:(结果

保留两位有效数字)

(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大初动能。(2)该阴极材料的极限波长。解析(1)光电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极

每秒钟发射的光电子的个数n=

=

=

×1012光电子的最大初动能为Ek=eUc×10-19C××10-20J。(2)设阴极材料的极限波长为λc,根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=h

-h

,代入数据得λc≈0.66μm。答案×1012×10-20J(2)0.66μm考向3对Uc-ν图像的理解3.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ν的关系如图所示。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

。

答案

ek

–eb解析根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=hν-W0,又因为Ek=eUc,得到Uc=

ν-

,所以

=k,h=ek;-

=b,W0=-eb。考向4光电效应方程的应用4.(多选)(2017课标Ⅲ,19,6分)在光电效应实验中,分别用频率为νa、

νb的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和

Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法

正确的是

(BC)νa>νb,则一定有Ua<Ubνa>νb,则一定有Eka>EkbUa<Ub,则一定有Eka<Ekbνa>νb,则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb

解析

光照射到同种金属上,同种金属的逸出功相同。若νa>νb,据hν-W0=Ek,得Eka>Ekb,则B项正确。由hν-W0=Ek=eUc,可知当νa>νb时Ua>Ub,则A项错误。若Ua<Ub说明Eka<Ekb,则C项正确。由hν-Ek=W0,而同一种金属W0相同,则D项错误。应用爱因斯坦光电效应方程时的注意事项(1)每种金属都有一个截止频率,入射光的频率大于这个截止频率才能发生光电效应。(2)截止频率对应着光的极限波长和金属的逸出功,即hνc=h

=W0。(3)应用爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0时,注意能量单位电子伏特和焦耳的换算关系(1eV=1.6×10-19J)。方法总结考点三光的波粒二象性物质波对光的波粒二象性的理解光既有波动性,又有粒子性,两者不是孤立的,而是有机的统一体,其表现规律为:(1)从数量上看: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)从频率上看:频率越