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1、听课手册 第 30 讲光电效应波粒二象性一、光电效应1. 光电效应现象在光的照耀下, 金属中的从外表逸出的现象, 放射出来的电子叫.2. 光电效应的产生条件入射光的频率金属的极限频率.3. 光电效应规律(1) 每种金属都有一个极限频率,入射光的频率必需这个极限频率才能产生光电效应.(2) 光电子的最大初动能与入射光的无关, 只随入射光频率的增大而.(3) 光电效应的发生几乎是瞬时的,一般不超过 10-9 s.(4) 当入射光的频率大于极限频率时, 饱和光电流的大小与入射光的强度成.【区清楚理】(1) 光子和光电子都是实物粒子. ()(2) 只要入射光的强度足够大,就可以使金属发生光电效应.()
2、(3) 要使某金属发生光电效应,入射光子的能量必需大于金属的逸出功.() (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,光的粒子性二、爱因斯坦光电效应方程1. 光子说:在空间传播的光不是连续的 ,而是一份一份的,每一份叫作一个光子,光子的能量 =.2. 逸出功 W0:电子从金属中逸出所需做功的.3. 最大初动能:发生光电效应时,金属外表上的吸取光子后抑制原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值.4. 光电效应方程=.(1) 表达式: Ek(2) 物理意义:金属外表的电子吸取一个光子获得的能量是h,这些能量的一局部用来抑制金属的逸出功 W0,剩下的表现为逸出后电子的.三、
3、光的波粒二象性与物质波1. 光的波粒二象性(1) 光的干预、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.2. 物质波(1) 概率波:光的干预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 = ,p 为运动物体的动量,h 为普朗克常量.越明显,但仍具有波动性.()(6)德国物理学家普朗克提出了量子假说,成功地解释了光电效应规律.() (7)美国物理学家康普顿觉察了康普顿效
4、应,证明白光的粒子性.()(8)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在肯定条件下会表现为波动性.()考点一对光电效应的理解1.(多项选择)人教版选修 3-5 改编 如图 30-1 所示,用导线把验电器与锌板相连接,当用紫外线照耀锌板时,发生图 30-1的现象是() 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2.(多项选择)人教版选修 3-5 改编 在光电效应试验中,用频率为 的光照耀光电管阴极,发生了光电效应,以下说法正确的选项是()A. 增大入射光的强度,光电流增大B. 减小入射光的强度,光电效应现象消逝C. 改用频率小于 的光照耀,肯定不发生光电效应
5、D. 改用频率大于 的光照耀,光电子的最大初动能变大3.(多项选择)2023全国卷 在光电效应试验中,分别用频率为 a、b 的单色光 a、b 照耀到同种金属上,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.以下说法正确的选项是()A. 假设 ab,则肯定有 Uab,则肯定有 EkaEkbC. 假设 UaUb,则肯定有 Ekab,则肯定有 ha-Ekahb-Ekb4.如图 30-2 甲所示,合上开关,用光子能量为 2.5 eV 的一束光照耀阴极 K,觉察电流表读数不为零.调整滑动变阻器,觉察当电压表读数小于 0.60 V 时,电流表读数
6、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.把电路改为图乙, 当电压表读数为 2 V 时,则逸出功及电子到达阳极时的最大动能分别为 ( )图 30-2A.1.5 eV、0.6 eVB.1.7 eV、1.9 eVC.1.9 eV、2.6 eVD.3.1 eV、4.5 eV 要点总结分析光电效应问题应抓住两条对应关系和三个关系式(1) 两条对应关系光强大光子数目多放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.(2) 三个关系式爱因斯坦光电效应方程:Ek=h-W0.最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc.考点二光电效应的图像问题逸出功与极限频率的关系:W0
7、=hc.常见的四类图像图像名称图线外形由图线直接(间接) 得到的物理量最大初动能极限频率:图线与 轴交点的横坐标 cEk与入射光频率 的关系图线 颜色一样、强度不同的光, 光电流与电压的关系颜 色 不 同时, 光电流与电压的关系逸出功:图线与 Ek 轴交点的纵坐标确实定值W0=|-E|=E普朗克常量:图线的斜率 k=h遏止电压 Uc:图线与横轴的交点饱和光电流 Im:光电流的最大值最大初动能:Ek=eUc遏止电压 Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能 Ek1=eUc1,Ek2=eUc2遏 止 电 压极限频率 c:图线与横轴交点的横坐标Uc 与入射光频率 的关系图线遏止电压 Uc:随入射光频率的增
8、大而增大普朗克常量 h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即 h=ke(注:此时两极之间接反向电压)例 1 人教版选修 3-5 改编 用如图 30-3 甲所示的电路争论光电效应中光电流大小与照耀光的强弱、频率等物理量的关系.图中 A、K 两极间的电压大小可调,电源的正负极也可以对调.分别用 a、b、c 三束单色光照耀,调整 A、K 间的电压 U, 得到光电流 I 与电压 U 的关系如图乙所示.由图可知 ( )图 30-3A. 单色光 a 和 c 的频率一样,但 a 更强些B. 单色光 a 和 c 的频率一样,但 a 更弱些C. 单色光 b 的频率小于 a 的频率D. 转变电源的极性不行能有光电
9、流产生变式题 1 (多项选择)如图 30-4 所示是用光照耀某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴交点的横坐标为 4.271014 Hz,与纵轴交点的纵坐标为 0.5 eV).由图可知 ( )图 30-4A. 该金属的截止频率为 4.271014 HzB. 该金属的截止频率为 5.51014 Hz C.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为 0.5 eV变式题 2 (多项选择)如图 30-5 甲所示,在“光电效应”试验中,某同学用一样频率的单色光分别照耀阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应.图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc 随照耀光频
10、率 变化的函数关系图像.对于这两个光电管,以下推断正确的选项是( )图 30-5A.由于不同材料的逸出功不同,所以遏止电压 Uc 不同B.光电子的最大初动能不同C.由于光强不确定,所以单位时间内逸出的光电子数可能一样,饱和光电流也可能一样考点三波粒二象性D.两个光电管的 Uc- 图像的斜率可能不同1. 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:频率越低波动性越显著,越简洁看到光的干预和明显的衍射现象 ; 频率越高粒子性越显著 ,
11、越不简洁看到光的干预和明显的衍射现象 ,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出粒子性.(4) 波动性与粒子性的统一:由光子的能量 E=h,光子的动量 p= 表达式也可以看出,光的波动性和粒子性并不冲突,表示粒子性的能量和动量的计算式中分别含有表示波的特征的物理量频率 和波长 .(5) 理解光的波粒二象性时不行把光当成宏观概念中的波,也不行把光当成微观概念中的粒子.2. 概率波与物质波(1) 概率波:光的干预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,因此光波是一种概率波.(
12、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 = ,p 为运动物体的动量,h 为普朗克常量.例 2 2023绍兴鲁迅中学月考 电子显微镜的最高区分率高达 0.2 nm(波长越短,区分率越高),假设有人制造出质子显微镜 ,在加速到一样的速度状况下,质子显微镜的最高区分率将 ( )A.小于 0.2 nmB. 大于 0.2 nmC.等于 0.2 nm D. 以上说法均不正确变式题 1 关于对微观粒子的生疏,以下说法中正确的选项是()A.粒子的位置和动量可以同时确定B.粒子的运动没有确定的轨迹C.单个粒子的运动没有规律D.粒子在某一时刻的加速度由该时刻粒子
13、受到的合力打算变式题 2 (多项选择)波粒二象性是微观世界的根本特征,以下说法正确的选项是()A. 光电效应现象提醒了光的粒子性B. 热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C.黑体辐射的试验规律可用光的波动性解释D.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等变式题3 (多项选择)人教版选修3-5 改编 1927 年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射试验,该试验是荣获诺贝尔奖的近代重大物理试验之一.如图 30-6 所示是该试验装置的简化图,以下说法正确的选项是 ( )图 30-6A.亮条纹是电子到达概率大的地方B.该试验说明物质波理论是正确的C.该试验再次说明光子具有波动性D.该试验说明实物粒子具有波动性变式题 4 人教版选修 3-5 改编 物理学家做了一个好玩的双缝干预试验:在光屏处放上照相用的底片,假设减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝 .试验结果说明,假设曝光时间不太长,底片上只能消灭一些不规章的点 ;假设曝光时间足够长,底片上就会消灭规章的干预条纹 .对这个试验结果有以下生疏 ,其中正确的选项是 ( )图 30-7A.曝光时间不太长时,底片上只能消灭一些不规章的点,表现出光的波动性B.单个光子通过双缝后的落点可以推测C.只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性D.干预条纹中光明的局部是光子到达概率较大的地方完成课时作业(三十)