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1、第十五章量子论初步第十五章量子论初步 原子核原子核第一节光电效应第一节光电效应 波粒二象性物质波波粒二象性物质波基基础础梳梳理理自自学学导导引引一、光一、光电电效效应应1定定义义：在在光光的的照照射射下下从从物物体体发发射射出出_的的现现象象(发发射出的射出的电电子称子称为为光光电电子子)2产产生生条条件件：入入射射光光的的频频率率_极极限限频频率率电电子子大于大于3光光电电效效应规应规律律(1)每每种种金金属属都都有有一一个个极极限限频频率率，入入射射光光的的_必必须须大大于于这这个个极极限限频频率率才能才能产产生光生光电电效效应应(2)光光电电子的最大初子的最大初动动能与入射光的能与入射光
2、的_无关，只随入射光无关，只随入射光频频率的增大率的增大而而_频频率率强强度度增大增大(3)光光电电效效应应的的发发生生几几乎乎是是瞬瞬时时的的，一一般不超般不超过过109 s.(4)当当入入射射光光的的频频率率大大于于极极限限频频率率时时，_的的强强度度与与入入射射光光的的强强度度成成正正比比光光电电流流二、光二、光电电效效应应方程方程1基本物理量基本物理量(1)光光子子的的能能量量Eh其其中中h6.631034 Js(称称为为普朗克常量普朗克常量)(2)逸逸出出功功：使使电电子子脱脱离离某某种种金金属属所所做做功的功的_最小最小值值(3)最大初最大初动动能能发发生光生光电电效效应时应时，金
3、属，金属_的的电电子吸收光子后克服原子核的引力逸出子吸收光子后克服原子核的引力逸出时时所具有所具有动动能的能的_表面上表面上最大最大值值2光光电电效效应应方程方程爱爱因因斯斯坦坦光光电电效效应应方方程程是是根根据据_守守恒恒定定律律推推导导出出来来的的描描述述的的是是光光电电子子的的最最大大初初动动能能Ek跟跟入入射射光光子子的的能能量量h和和逸逸出出功功W之之间间的的关关系系：EkhW.能量能量三、波粒二象性、物三、波粒二象性、物质质波波1光的波粒二象性光的波粒二象性(1)光光电电效效应说应说明光具有粒子性，同明光具有粒子性，同时时光光还还具有波具有波动动性，即光具有性，即光具有_(2)大量
4、光子运大量光子运动动的的规规律表律表现现出光的出光的_性，性，单单个光子的运个光子的运动动表表现现出光的出光的_性性波粒二象性波粒二象性波波动动粒子粒子(3)光光的的波波长长越越长长，波波动动性性越越明明显显，越越容容易易看看到到光光的的干干涉涉和和衍衍射射现现象象光光波波的的频频率率越越高高，粒粒子子性性越越明明显显，穿穿透透本本领领越越强强运运动动着着德布德布罗罗意波意波要要点点透透析析直直击击高高考考一、正确理解光一、正确理解光电电效效应规应规律中的两个关系律中的两个关系1光光电电子的最大初子的最大初动动能与入射光能与入射光频频率的关系率的关系图图1511由光电效应方程可得：由光电效应方
5、程可得：EkhW.对于某一金属而言，逸出功对于某一金属而言，逸出功W是一定是一定的，光电子的最大初动能的，光电子的最大初动能Ek随入射光随入射光的频率的频率的增大而增大最大初动能的增大而增大最大初动能Ek与入射光频率与入射光频率的关系图线如图的关系图线如图1511所示所示当光照射到金属表面上时，能量为当光照射到金属表面上时，能量为E的的光子被电子所吸收，电子把这个能量光子被电子所吸收，电子把这个能量的一部分用来克服金属表面对它的吸的一部分用来克服金属表面对它的吸引，剩余部分就是电子离开金属表面引，剩余部分就是电子离开金属表面时的动能时的动能(2)电子吸收光子后能量立即增大电子吸收光子后能量立即
6、增大h，不需，不需要能量的积累过程因此光电效应的发生要能量的积累过程因此光电效应的发生几乎是瞬时的几乎是瞬时的(3)电子每次只吸收一个光子，从能量守恒电子每次只吸收一个光子，从能量守恒可知，光电子的最大的初动能可知，光电子的最大的初动能EkhW.且且Ek随频率的增大而增大，与光的强度无随频率的增大而增大，与光的强度无关关2光光电电流与光流与光强强、电压电压的关系的关系(1)光光电电流与光流与光强强的关系的关系光光电电流流的的大大小小是是由由单单位位时时间间内内从从金金属属表表面面逸逸出出的的光光电电子子数数目目决决定定的的，而而从从金金属属表表面面逸逸出出的的光光电电子子数数目目由由入入射射光
7、光子子的的数数目决定，而与光子的目决定，而与光子的频频率无关率无关(2)光光电电流与流与电压电压的关系的关系给给光光电电管管加加反反向向电电压压时时，随随电电压压的的增增大大，光光电电流流逐逐渐渐减减小小，光光电电压压大大于于或或等等于于遏遏止止电电压时压时，光，光电电流流为为0.给给光光电电管管加加正正向向电电压压时时，随随电电压压的的增增大大光光电电流流逐逐渐渐增增大大，当当电电压压增增大大到到某某一一值值时时，光光电电流流达达到到饱饱和和值值，再再增增大大电电压压，光光电电流流不不再再增加增加即时应用即时应用1(2010高考江高考江苏苏卷卷)研究光研究光电电效效应应的的电电路如路如图图1
8、512所示用所示用频频率相同、率相同、强强度不同的光分度不同的光分别别照射密封真空管的照射密封真空管的钠钠极板极板(阴极阴极K)，钠钠极板极板发发射出的光射出的光电电子子被阳极被阳极A吸收，在吸收，在电电路中形成光路中形成光电电流流下列光下列光电电流流I与与A、K之之间间的的电压电压UAK的的关系关系图图象象1513中，正确的是中，正确的是()图图1512图图1513解析：解析：选选C.虽虽然入射光然入射光强强度不同，但度不同，但光的光的频频率相同，所以截止率相同，所以截止电压电压相同；相同；又因当入射光又因当入射光强强时时，单单位位时间时间逸出的逸出的光光电电子多，子多，饱饱和光和光电电流大
9、，所以流大，所以选选C.二、光的波粒二象性二、光的波粒二象性1干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又明光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子，因用无可辩驳的事实表明光是一种粒子，因此现代物理学认为：光具有波粒二象性此现代物理学认为：光具有波粒二象性2正确理解波粒二象性：波粒二象性正确理解波粒二象性：波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义波粒二象性中所说的粒子才有意义波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量子，是指其不连续性，是一份能量个个别别光光
10、子子的的作作用用效效果果往往往往表表现现为为粒粒子子性性；大大量量光光子子的的作作用用效效果果往往往往表表现现为为波波动动性性即时应用即时应用2有关光的本性的有关光的本性的说说法正确的是法正确的是()A关关于于光光的的本本性性，牛牛顿顿提提出出了了“微微粒粒说说”，惠惠更更斯斯提提出出了了“波波动动说说”，爱爱因因斯斯坦坦提提出出了了“光子光子说说”，它，它们们都都圆满圆满地地说说明了光的本性明了光的本性B光光具具有有波波粒粒二二象象性性是是指指：既既可可以以把把光光看看成成微微观观概概念念上上的的波波，也也可可以以看看成成宏宏观观概概念念上上的的粒粒子子C光的干涉、衍射现象说明光具有波动光的
11、干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性性，光电效应说明光具有粒子性D在光的双缝干涉实验中，如果光通过在光的双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显出波动性，如果光只通过一个缝双缝时显出波动性，如果光只通过一个缝时显出粒子性时显出粒子性答案：答案：C题题型型探探究究讲讲练练互互动动物理学家做了一个有趣的实验：物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光电流的强度，使光相底片，若减弱光电流的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结子只能一个一个地通过狭缝，实验结题型题型1 1光的波粒二象性光的波粒二象性例例1果果表表明明
12、，如如果果曝曝光光时时间间不不太太长长，底底片片上上只只出出现现一一些些不不规规则则的的点点子子；如如果果曝曝光光时时间间足足够够长长，底底片片上上就就会会出出现现规规则则的的干干涉涉条条纹纹，对对这这个个实实验验结结果果认认识识正正确的是确的是()A曝曝光光时时间间不不长长时时，出出现现不不规规则则的的点子，表点子，表现现出光的波出光的波动动性性B单个光子通过双缝后的落点无法单个光子通过双缝后的落点无法预测预测C干涉条纹中明亮的部分是光子到干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方达机会较多的地方D只有大量光子的行为才能表现出只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性光的粒子性【思思路路点点拨
13、拨】利利用用光光的的波波粒粒二二象象性性和和光波是一种概率波分析解答光波是一种概率波分析解答【解析解析】A项项中表中表现现出光的粒子性；出光的粒子性；B、C项项中体中体现现了光是一种概率波，了光是一种概率波，单单个光子的个光子的落点无法落点无法预测预测；大量光子到达概率大地方，；大量光子到达概率大地方，形成亮条形成亮条纹纹，因此大量光子的行，因此大量光子的行为为表表现现出出波波动动性，性，选项选项BC正确正确【答案答案】BC(2011高考新课标全国卷高考新课标全国卷)在光电效应实在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为验中，某金属的截止频率相应的波长为0，该，该金属的逸出功为金属的逸出功为_若用波若用波长为长为(0)的的单单色光做色光做该实验该实验，则则其其遏止遏止电压为电压为_已知已知电电子的子的电电荷量、荷量、真空中的光速和普朗克常量分真空中的光速和普朗克常量分别为别为e、c和和h.题型题型2 2光电效应方程的应用光电效应方程的应用例例2知能演练强化闯关知能演练强化闯关本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键键退出全屏播放退出全屏播放