选修3-5.2.ppt

1、,第二章 波粒二象性,一、光电效应及其规律 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. 2.光电效应的实验规律 (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)金属受到光照,光电子的发射一般不超过10-9 s. (4)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光的强度成正比.,(1)照射光的频率决定着是否发生光电效应及光电子的最大初动能. (2)光电子是金属表面受光照射逸出的电子，光电子也是电子，与光子不同

2、，光子的本质是光.,二、光子说对光电效应规律的理解 1.光子说 爱因斯坦提出:空间传播的光不是连续的,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=6.6310-34 Js. 2.爱因斯坦光电效应方程 Ek=h-W0(Ek是光电子的最大初动能;W0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).,3.用图象表示光电效应方程 (1)最大初动能Ek与入射光频率 的关系图线如图. (2)由曲线可以得到的物理量 极限频率：图线与轴交点 的横坐标0. 逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0=E. 普朗克常量：图线的斜率k=h.,光电效应方程研究

3、的对象是从金属表面逸出的光电子,其列式依据为能量的转化和守恒定律.,三、用光电管研究光电效应 1.常见电路,2.光电流与饱和光电流 (1)入射光强度：指单位时间内入射到金属表面单位面积上的能量，可以理解为频率一定时，光强越大，光子数越多. (2)光电流：指光电子在电路中形成的电流.光电流有最大值，未达到最大值以前，其大小和光强、电压都有关，达到最大值以后，光电流和光强成正比. (3)饱和光电流：指在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，饱和光电流不随电路中电压的增大而增大.,3.两条分析线索 (1)通过频率分析：光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大. (2)通过光的强度分析：入射光强度

4、大光子数目多产生的光电子多光电流大.,光强指单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量即nh(其中n表示单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子数，h指一个光子的能量).,四、光的波粒二象性 1.粒子的波动性:实物粒子也具有波动性,满足以下关系: 和 这种波称为德布罗意波,也叫物质波. 2.光的波粒二象性 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

5、现象,贯穿本领越强.,(3)从传播与作用上看：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)波动性与粒子性的统一：由光子的能量E=h,光子的动量 表达式也可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾:表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长.,理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成宏观观念中的粒子.,1,对光电效应规律的理解 【例证1】(1)关于光电效应,下列说法正确的是( ) A.极限频率越大的金属材料逸出功越大 B.只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应 C.从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大,这种

6、金属的逸出功越小 D.入射光的光强一定时,频率越高,单位时间内逸出的光电子数就越多,(2)用红光照射某一光电管发生光电效应时，测得光子的最大初动能为Ek1,光电流强度为I1;若改用光的强度与上述红光相同的紫光照射该光电管时，测得光电子的最大初动能为Ek2,光电流强度为I2,则Ek1与Ek2,I1与I2的大小关系为：Ek2_Ek1, I2_I1(选填“”、“=”或“”).,【解题指导】求解此题应把握以下两点：,【自主解答】(1)选A.由W=h可知A正确.照射光的频率大于极限频率时才能发生光电效应，即B错.由Ek=h-W0可知C错.单位时间内逸出的光电子数与频率无关,取决于入射光的强度,故D错.,

7、(2)红光光子的频率比紫光光子的频率小，因此红光的光子能量小，紫光的光子能量大，当红光和紫光的强度相同时，即单位时间内单位面积上照射的红光光子个数多，而照射的紫光的光子个数少，根据光电效应原理，红光照射时，产生的光电子数多，光电流的强度大，故I1I2.由于紫光光子能量大，同一光电管，逸出功W0相同，根据爱因斯坦光电效应方程h=W0+Ek得：用紫光照射时，光电子的最大初动能大，Ek2Ek1. 答案：(1)A (2) ,2,光电效应方程的应用 【例证2】(2010江苏高考)(1) 研究光电效应的电路如图所示， 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

8、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的关系图象中，正确的是_.,(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 _. 【解题指导】求解此题应把握以下三点:,【自主解答】(1)选C.由爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0和动能定理-eUC=0-Ek可得 遏止电压UC与入射光的频率有关，与光强无关.由发生光电效应的规律可知，光电流与光的强度有关，光越强，光电流越强，所以选项C正确.本题考查光电效应规律. (2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，由

9、于光电子在从金属表面逸出过程中，要受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)，所以在光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小减小. 答案：(1)C (2)减小 光电子从金属表面逸出过程中要受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功),1.(2010上海高考)根据爱因斯坦光子说，光子能量E等于(h为普朗克常量，c、为真空中的光速和波长)( ) A. B. C. h D. 【解析】选A.光子的能量E=h， 所以光子的能量,2.物理学家做了一个有趣的实验：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，底片上只出现一

10、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，对这个实验结果认识正确的是( ) A.曝光时间不长时，出现不规则的点子，表现出光的波动性 B.单个光子通过双缝后的落点无法预测 C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 D.只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性,【解析】选B、C.由于光波是一种概率波，故B、C正确.A中的现象说明了光的粒子性，个别光子的行为通常表现出粒子性，故A、D错误.,3.(2010浙江高考)在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示.则可判断出( ),A.甲光的频率大于乙

11、光的频率 B.乙光的波长大于丙光的波长 C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能,【解析】选B.由图象知甲光、乙光对应的遏止电压Uc2相等，且小于丙光对应的遏止电压Uc1，所以甲光和乙光对应的光电子最大初动能相等且小于丙光的光电子最大初动能，故D项错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0知甲光和乙光的频率相等，且小于丙光的频率，故A错误、B正确；而截止频率是由金属决定的，与入射光无关，故C错误.,4.(2010四川高考)用波长为2.010-7 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.710-19 J.由此可知，钨的

12、极限频率是(普朗克常量h=6.6310-34 Js,光速c=3.0108 m/s,结果取两位有效数字)( ) A.5.51014 Hz B.7.91014 Hz C.9.81014 Hz D.1.21015 Hz 【解析】选B.根据光电效应方程Ekm=h-W0,在恰好发生光电效应时最大初动能为0，有h0=W0，且c=,化简得 故B正确.,5.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.如图所示是测定光 电流的电路简图,光电管加正向电 压. (1)说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10 A,则每秒钟从光电管阴极发射出的

13、光电子至少是_个.,【解析】(1)电源左边为正极，右边为负极，电流表是上边正极下边负极 (2)入射光应照射到阴极板上，即题图中的B极 (3)q=It=1010-61 C=10-5 C 而 所以每秒发射出6.251013个光电子. 答案：(1)电源左边为正极,右边为负极 电流表是上边正极下边负极 (2)B (3)6.251013,6.如图甲,合上开关,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零.调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60 V时,电流表读数仍不为零,当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零.由此可知，光电子的最大初动能为_.把电路改为图乙,当电压

14、表读数为2 V时,电子到达阳极时的最大动能为_.图乙中，电压表读数为2 V不变而照射光的强度增到原来的三倍，此时电子到达阳极时的动能是_.,【解析】光子能量h=2.5 eV的光照射阴极,电流表读数不为零,则能发生光电效应,由光电效应方程 当电压表读数大于或等于0.6 V时,电流表读数为零,则电子不能到达阳极,由动能定理 知,最大初动能,对题图乙当电压表读数为U=2 V时,电子到达阳极的最大动能 根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，电压为2 V不变，则电子到达阳极的最大动能不变，仍为2.6 eV 答案：0.6 eV 2.6 eV 2.6 eV,7.(2011南京模拟)用不同频

15、率 的光照射某金属产生光电效应， 测量金属的遏止电压Uc与入射光 频率,得到Uc-图象如图， 根据图象求出该金属的截止频 率c=_Hz，普朗克常量h=_Js.(已知电子电量e=1.610-19C),【解析】光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系为Ek=eUc 爱因斯坦光电效应方程为Ek=h-W0 两式联立得 与遏止电压Uc=0对应的频率为截止频率，从图中可知截止频率为5.01014 Hz 直线的斜率 已知e=1.610-19C 可知h=6.410-34 Js 答案：5.01014 6.410-34,8.某同学采用如图所示的实验电路 研究光电效应，用某单色光照射光 电管的阴极K时，会发生光电效应 现象.闭合开关S，在阳极A和阴极 K之间加上反向电压，通过调节滑 动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零