【创新设计】2016高考物理一轮复习 第2课时 光电

【创新设计】2016高考物理一轮复习 第2课时 光电效应 波粒二象性课件(选修3-5)_高三理化生_理化生_高中教育_教育专区。第2课时 光电效应 波粒二象性 [知 识 梳 理 ] 知识点一、黑体和黑体辐射 1．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 不发生反射的物体。 普朗克能量子假说 (

第2课时 光电效应 波粒二象性 [知 识 梳 理 ] 知识点一、黑体和黑体辐射 1．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 不发生反射的物体。 普朗克能量子假说 (2)黑体辐射的实验规律 ①一般材料的物体如何判断生殖器疱疹疾病，辐射的电磁波除与温度有关外，还 与材料的种类及表面状况有关。 ②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。 a．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加。 b．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。 2．能量子 (1) 定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时， 只能辐射或吸收某个 最小能量 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 量值叫做能量子。 (2)能量子的大小：＝h，其中是电磁波的频率，h称为 普朗克常量。h＝6.6310－34 Js。 知识点二、光电效应 1．定义 照射到金属表面的光，能使金属中的你 电子 从表面逸出 的现象。 2．光电子 光电效应中发射出来的电子。 3．光电效应规律 大于 (1) 每 种 金 属 都 有 一 个 极 限 频 率 ， 入 射 光 的 频 率 必须 这个极限频率才能产生光电效应。低于这个频率的光 不 能产生光电效应。 (2)光电子的最大初动能与入射光的 强度无关，只随入射 光频率的增大而 增大。 (3)光电效应的发生几乎瞬时 的，一般不超过10－9s。 (4) 当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度 与入射光的强度成 正比 。 知识点三、爱因斯坦光电效应方程 1．光子说 在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫 做一个光的能量子，简称光子，光子的能量＝ h。其中 h＝6.6310－34Js。(称为普朗克常量) 2．逸出功W0 使电子脱离某种金属所做功的 最小值 。 3．最大初动能 发生光电效应时，金属表面上的电子 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。 4．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：Ek＝h－ 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 h， 这些能量的一部分用来克服金属的 逸出功W0 ， 剩下的 1 表现为逸出后光电子的最大初动能 Ek＝ mev2。 2 5．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Uc。 (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的 最小 频率叫 做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。不同的金属对应 着不同的极限频率。 (3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的 最小值 做该金属的逸出功。 ，叫 知识点四、光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 波动性 。 (2)光电效应说明光具有 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。 2．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 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 h 一种波与它对应，其波长 ＝ p ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量。 思维深化 判断正误，正确的画，错误的画。 (1)只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应。 ( ) (2)光电子就是光子。 (3)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，这种金属的 逸出功越小。 (5)入射光的频率越大，逸出功越大。 答案 (1) (2) (3) (4) (5) ( ( ) ) [题 组 自 测 ] 题组一 黑体辐射和能量子的理解 1．能正确解释黑体辐射实验规律的是 ( ) A．能量的连续经典理论 B．普朗克提出的能量量子化理论 C．以上两种理论体系任何一种都能解释 D．牛顿提出的能量微粒说 解析 根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面 各种波长的辐射强度都增加；另一方面，辐射强度的极大值 向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理 论才能得到较满意的解释，故B正确。 答案 B 2．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中， 符合黑体辐射实验规律的是 ( ) 解析 由黑体实验规律知温度越高，辐射越强，且最大强度 向波长小的方向移动，A对，B、C、D错。 答案 A 题组二 光电效应现象及光电效应方程的应用 3．(多选)如图1所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用 紫外线照射锌板时，发生的现象是 ( ) 图1 A．有光子从锌板逸出 B．有电子从锌板逸出 C．验电器指针张开一个角度 D．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，锌板上的 电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，故 A 错误、 B 正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷， 锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带正电的电荷 量越多，验电器指针张角越大，故C正确、D错误。 答案 BC 4．关于光电效应的规律，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，光电效 应才能产生 B．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10－7s D ．发生光电效应时，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 解析 c 由 ＝h＝h知，当入射光波长小于金属的极限波长时， 发生光电效应，故 A 错；由 Ek＝h－W0 知，最大初动能由入 射光频率决定，与入射光强度无关，故 B 错；发生光电效应的 时间一般不超过 10－9s，故 C 错；发生光电效应时，单位时间 内从金属内逸出的光电子数目与入射光的强度是成正比的， D 正确。 答案 D 题组三 波粒二象性 物质波 5．(多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是 ( ) 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．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象 性 解析 由德布罗意波可知 A 、 C 对；运动的微观粒子，达到 的位置具有随机性，而没有特定的运动轨道，B对；由德布 罗意理论知，宏观物体的德布罗意波的波长太小男女患有尖锐湿疣会有哪些表现呢，实际很难 观察到波动性，不是不具有波粒二象性，D错。 答案 ABC 6．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为 光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图2 所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。 这些照片说明 ( ) 图5 A．光只有粒子性没有波动性 B．光只有波动性没有粒子性 C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子 性 D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动 性 解析 光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显 示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确。 答案 D 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 (1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的 频率。 (2)光电效应中的光不是特指可见光，也包括不可见 光。 (3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。 (4)光电子不是光子，而是电子。 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。 3．定量分析时应抓住三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝h－W0。 (2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。 (3)逸出功与极限频率的关系：W0＝h0。 【例 1】 [2014江苏卷， 12C(1)] 已知钙和钾的截止频率分 别为7.731014 Hz和5.441014 Hz，在某种单色光的照 射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具 有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的 ( A．波长 B．频率 C．能量 D．动量 ) 解析 1 2 由爱因斯坦光电效应方程 h＝W0＋ mvm，又由 W0＝ 2 1 2 h0，可得光电子的最大初动能 mvm＝h－h0，由于钙的截止 2 频率大于钾的截止频率，所以钙逸出的光电子的最大初动能较 小，因此它具有较小的能量、频率和动量，B、C、D 错；又由 c＝f 可知光电子频率较小时，波长较大，A 对。 答案 A 【变式训练】 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 ) 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 解析 逸出功W0＝h0，W00，A正确；只有照射光的频率 大于金属极限频率0，才能产生光电效应现象，B错；由光 电效应方程 Ekm＝h－W0知，因不确定时，无法确定Ekm与 W0的关系，C错；光强E＝nh，越大，E一定，则光子数n 越小，单位时间内逸出的光电子数就越少，D错。 答案 A 考点二 光电效应的图象分析 图象名称 最大初动能 Ek与入射光 频率的关系 图线 颜色相同、 强度不同的 光，光电流 与电压的关 系 图线形状 由图线直接(间接) 得到的物理量 ①极限频率：图线与轴交点的横 坐标c ②逸出功：图线与Ek轴交点的纵 坐标的值 W0＝－E＝E ③普朗克常量：图线的斜率k＝h ①遏止电压Uc：图线与横轴的交 点 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、Uc2 ②饱和光电流 ③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝ eUc2 ①截止频率c：图线与横轴的交 点 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 与电子电量的乘积，即h＝ke。 遏止电压Uc 与入射光频 率的关系图 线 (注：此时两极之间接反向电压) 【例2】 在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不 同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线 (甲光、乙光、丙光)，如图3所示。则可判断出 ( ) 图3 A．甲光的频率大于乙光的频率 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 由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和 金属的逸出功相同，对于甲、乙两种光，反向截止电压相同， 因而频率相同，A错误；丙光对应的反向截止电压较大，因 而丙光的频率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能 较大，故C、D均错，B正确。 答案 B 【变式训练】 2怎样来辨别生殖器疱疹?.爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规 律而获得 1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子 的最大初动能 Ekm 与入射光频率 的关系如图 4 所示，其 中0为极限频率。从图中可以确定的是 ( ) 图4 A．逸出功与有关 B．Ekm与入射光强度成正比 C．当0时，会逸出光电子 D．图中直线的斜率与普朗克常量有关 解析 由 爱因斯坦光电效应方程 Ek ＝ h － W0 和 W0 ＝ h0(W0 为金属的逸出功 )可得， Ek＝h－h0，可见图象的斜率表示 普朗克常量，D正确；只有0时才会发生光电效应，C错； 金属的逸出功只和金属的极限频率有关，与入射光的频率无 关，A错；最大初动能取决于入射光的频率，而与入射光的 强度无关，B错。 答案 D 考点三 对光的波粒二象性、物质波的考查 光既具有波动性，又具有粒子性，两者不是孤立的，而是有 机的统一体，其表现规律为： (1) 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) 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 现象，而贯穿本领越强。 (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，往往表现为粒子性。 【例3】 下列说法正确的是 ( ) A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子与电子是同样的一种粒子 C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒 子性越显著 D. 射线具有显著的粒子性，而不具有波动性 解析 从光的波粒二象性可知：光是同时具有波粒二象性的， 只不过在有的情况下波动性显著，有的情况下粒子性显著。 光的波长越长，越容易观察到其显示波动特征。光子是一种 不带电的微观粒子，而电子是带负电的微观粒子，它们虽然 都是微观粒子，但有本质区别，故上述选项中正确的是C。 答案 C 【变式训练】 3．[2013 江苏单科，12C(1)] 如果一个电子的德布罗意波长和一 个中子的相等，则它们的________也相等。 A．速度 解析 B．动能 C．动量 D．总能量 h 由德布罗意波长 ＝ p 知二者的动量应相同，故 C 正 1 2 p2 确，由 p＝mv 可知二者速度不同，Ek＝ mv ＝ ，二者动 2 2m 能不同，由 E＝mc2 可知总能量也不同，故 A、B、D 均错。 答案 C

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