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1、动量近代物理初步(选修35)第第 十十 三三 章章第第3939讲波粒二象性讲波粒二象性考纲要求考情分析命题趋势1.光电效应()2爱因斯坦光电效应方程()2016全国卷，35(1)2015江苏卷，12C(1)2015全国卷，35(1)2014江苏卷，12C(1)2013上海卷，2高考对本部分知识的考查主要以选择题的形式出现高考试题往往综合考查光电效应、波粒二象性学习中要注意对光电效应规律的理解和光电效应方程的理解、应用.栏目导航板板 块块 一一板板 块块 二二板板 块块 三三板板 块块 四四1光电效应及其规律(1)光电效应现象在光的照射下，金属中的_从表面逸出的现象，发射出来的电子叫_(2)光电
2、效应的产生条件入射光的频率_金属的极限频率考点光电效应波粒二象性电子电子 光电子光电子 大于大于(3)光电效应规律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_光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109 s.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_大于大于 强度强度 增大增大 正比正比 2光子说及光电效应方程(1)光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，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，金属表面
3、上的_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)光电效应方程表达式：hEkW0或Ek_.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，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能h 最小值最小值 电子电子 hW03光的波粒二象性(1)光电效应说明光具有粒子性，同时光还具有波动性，即光具有_(2)大量光子运动的规律主要表现为光的_性，单个光子的运动主要表现为光的_性(3)光的波长越长，波动性越_，光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性(4)光的频率越高，粒子性越_，穿透本领_光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性波粒二象性波粒二象性 波动波动
4、 粒子粒子 强强 强强 越大越大 1判断正误(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应()(2)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()(3)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比()(4)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性()(5)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()(6)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性()(7)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子具有波动性()1光子与光电子光子是指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是指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，光电子是果一
5、光电效应的实验规律2光电子的最大初动能与光电子的动能当光照射金属时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动有的向金属内部运动，有的向金属表面运动，但因途径不同，运动途中消耗的能量也不同唯独在金属表面的电子，只要克服金属原子核的引力做功，就能从金属中逸出而具有最大初动能根据爱因斯坦光电效应方程可以算出光电子的最大初动能为EkhW0(W0为金属的逸出功)而其他经过不同的路径射出的光电子，其动能一定小于最大初动能3光电流与饱和光电流在一定频率与强度的光照射下产生光电效应，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压U的增大而增大，当U比较大时，光电流达到饱和值Im.这时即
6、使再增大U，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也就不会再增大，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流在一定光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关4入射光强度和光子能量入射光强度是单位时间内照射到金属表面单位面积上总的能量，光子能量即每个光子的能量，光子总能量等于光子能量与入射光子数的乘积5光的强度与饱和光电流饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系解决光电效应规律问题的技巧放不放(光电子)，看截频(截止频率，即最低频率)；放多少(光电子)，
7、看光强；(光电子的)最大初动能(大小)，看(入射光的)频率；要放瞬时放例1(多选)(2017湖北宜昌质检)用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么()Aa光的频率一定大于b光的频率B只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大C增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转D用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到cE用a光照射时，增大光电管两端的电压时，流过G的电流可能不变ABE 解析：产生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率vC，故A项正确，C项错误；
8、在能发生光电效应的前提条件下，只增加a光的强度可使阴极k单位时间发射出更多光电子，B项正确；光电管中的光电子(带负电荷)从k到A，故G中电流从c到d，D项错误；当用a光照射时，若已达饱和电流，即使再增大光电管两端电压，G中电流也不变，E项正确二光电效应的图象分析例2(2017湖北武汉模拟)从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量他通过如图所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率，作出Uc的图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦方程的正确性图中频率1、2，遏止电压Uc1、Uc2及电子的电荷量e均为已知，求
9、：(1)普朗克常量h；(2)该金属的截止频率0.思维导引(1)最大初动能Ek与入射光的频率的关系？(2)最大初动能与遏止电压Uc的关系？(3)Uc图线与横轴交点的物理意义？思维导引(1)EkhW0，Ek随的增大而增大成一次函数关系，并非成正比例关系(2)EkeUc.(3)交点表示极限频率光既有波动性，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，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象(3)从传播与
10、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三光的波粒二象性物质波波粒二象性的深入理解(1)虽然平时看到宏观物体运动时，看不出其波动性，但也有一个波长与之对应例如飞行子弹的波长约为1034 m.(2)波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测(3)德布罗意波也是概率波，衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方，但概率的大小受波动规律的支配例3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()A光只有
11、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：由这些照片可以看出，少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动呈现出波动性，故D正确D 1(多选)下列对光电效应的理解，正确的是()A金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光
12、的最低频率也不同BD 2(2017江苏苏州模拟)1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法不正确的是()A亮条纹是电子到达概率大的地方B该实验说明物质波理论是正确的C该实验再次说明光子具有波动性D该实验说明实物粒子具有波动性C 3(2015上海卷)某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料()材料钠铜铂极限波长(nm)541268196A仅钠能产生光电子B仅钠、铜能产生光电子C仅铜、铂能产生光电子D都能产生光电子D 解析：发生光电效
13、应的条件是入射光的频率不低于金属的极限频率，也就是入射光的波长不高于金属的极限波长由题可知，入射光的波长大约介于25 nm420 nm，包含有小于这三种金属极限波长的成分，可以使三种金属都发生光电效应，都能产生光电子，故D项正确4(多选)(2017湖北黄冈模拟)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随入射光频率的变化图线，普朗克常量h6.631034 Js，由图可知()A该金属的极限频率为4.271014 HzB该金属的极限频率为5.51014 HzC该图线的斜率表示普朗克常量D该金属的逸出功为0.5 eVAC 例1(2016河南郑州质检5分)在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电
14、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)，如图所示则可判断出()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答题送检来自阅卷名师报告错误致错原因扣分C不明白光电流与电压之间的关系，不知道截止电压的含义，错选C项5A不能根据题干所给图象，求出三种色光频率的关系，错选A项解析 因光电管不变，所以逸出功不变由图象知甲光、乙光对应的遏止电压相等，且小于丙光对应的遏止电压，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错误；根据爱因斯坦光电效应
15、方程EkhW0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；截止频率是由金属决定的，与入射光无关，故C错误答案 B1(多选)用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图所示则这两种光()A照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大B从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大C通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大D通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大BC 2(2013北京卷)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实光电效应实验装置示意如图用频率为的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应换同样频率为的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使光电子减速的电场逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量)()B 课时达标