物理選修人教新課標(biāo)第十七章 波粒二象性精品課件

1、近代物理初步近代物理初步2一、光電效應(yīng)及其規(guī)律一、光電效應(yīng)及其規(guī)律1光電效應(yīng)：光電效應(yīng)：在光在光(包括不可見(jiàn)光包括不可見(jiàn)光)的照射下，從物體發(fā)射出電子的照射下，從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象的現(xiàn)象2光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)極限頻率則不能發(fā)生光電效極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)極限頻率則不能發(fā)生光電效應(yīng)應(yīng)(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，隨入射光頻率的增光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，隨入射光頻率的增大而增大大而增大(3)金屬

2、受到光照，光電子的發(fā)射一般不超過(guò)金屬受到光照，光電子的發(fā)射一般不超過(guò)109s.(4)當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，飽和光電流的強(qiáng)度與入射光當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，飽和光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比的強(qiáng)度成正比4(1)照射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)及光電子的最照射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)及光電子的最大初動(dòng)能大初動(dòng)能(2)光電子是金屬表面受光照射逸出的電子，光電子也是光電子是金屬表面受光照射逸出的電子，光電子也是電子，與光子不同，光子的本質(zhì)是光電子，與光子不同，光子的本質(zhì)是光5二、光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解二、光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解1光子說(shuō)光子說(shuō)愛(ài)因斯坦提出：空間傳播的光不是

3、連續(xù)的，而是一份一份的，每愛(ài)因斯坦提出：空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱(chēng)為一個(gè)光子，光子具有的能量與光的頻率成正比，即：一份稱(chēng)為一個(gè)光子，光子具有的能量與光的頻率成正比，即：Eh，其中，其中h6.631034 Js.2愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0(Ek是光電子的最大初動(dòng)能；是光電子的最大初動(dòng)能；W0是逸出功，即從金屬是逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功)3用圖象表示光電效應(yīng)方程用圖象表示光電效應(yīng)方程(1)最大初動(dòng)能最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率與入射光頻率的關(guān)系圖線如圖的關(guān)系圖線如圖(2)由曲線

4、可以得到的物理量由曲線可以得到的物理量極限頻率：圖線與極限頻率：圖線與軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)0.逸出功：圖線與逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的值軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的值W0E.普朗克常量：圖線的斜率普朗克常量：圖線的斜率kh.64對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋對(duì)應(yīng)規(guī)律對(duì)應(yīng)規(guī)律對(duì)規(guī)律的產(chǎn)生的解釋對(duì)規(guī)律的產(chǎn)生的解釋存在極限存在極限頻率頻率0電子從金屬表面逸出，首先必須克服金屬原子核的引力做電子從金屬表面逸出，首先必須克服金屬原子核的引力做功功W0，要使入射光子能量不小于，要使入射光子能量不小于W0，對(duì)應(yīng)的頻率，對(duì)應(yīng)的頻率0，即，即極限頻率極限頻率光電子的最大光電子的最大初動(dòng)能隨著入初動(dòng)

5、能隨著入射光頻率的增射光頻率的增大而增大，與大而增大，與入射光強(qiáng)度無(wú)入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)關(guān)電子吸收光子能量后，一部分克服阻礙作用做功，剩余部電子吸收光子能量后，一部分克服阻礙作用做功，剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動(dòng)能，只有直接從金屬表面飛出的光分轉(zhuǎn)化為光電子的初動(dòng)能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動(dòng)能，對(duì)于確定的金屬，電子才具有最大初動(dòng)能，對(duì)于確定的金屬，W0是一定的，是一定的，故光電子的最大初動(dòng)能只隨入射光的頻率增大而增大故光電子的最大初動(dòng)能只隨入射光的頻率增大而增大效應(yīng)具有效應(yīng)具有瞬時(shí)性瞬時(shí)性光照射金屬時(shí)，電子吸收一個(gè)光子的能量后，動(dòng)能立即增光照射金屬時(shí)，電子吸收一個(gè)光子的能量后，動(dòng)能立

6、即增大，不需要能量積累的過(guò)程大，不需要能量積累的過(guò)程光較強(qiáng)時(shí)飽和光較強(qiáng)時(shí)飽和電流大電流大光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大較多，因而飽和電流較大光電效應(yīng)方程研究的對(duì)象是從金屬表面逸出的光電子，其列式依據(jù)為能量的光電效應(yīng)方程研究的對(duì)象是從金屬表面逸出的光電子，其列式依據(jù)為能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律轉(zhuǎn)化和守恒定律7三、用光電管研究光電效應(yīng)三、用光電管研究光電效應(yīng)1常見(jiàn)電路常見(jiàn)電路2光電流與飽和光電流光電流與飽和光電流(1)入射光強(qiáng)度：指單位時(shí)間內(nèi)入射到金屬表面入射光強(qiáng)度：指單位時(shí)間內(nèi)入射到金屬表面 單位面積上的能量，

7、可以理解為頻率一定時(shí)，光強(qiáng)越大，光子數(shù)越多單位面積上的能量，可以理解為頻率一定時(shí)，光強(qiáng)越大，光子數(shù)越多(2)光電流：指光電子在電路中形成的電流光電流有最大值，未光電流：指光電子在電路中形成的電流光電流有最大值，未達(dá)達(dá) 到最大值以前，其大小和光強(qiáng)、電壓都有關(guān)，達(dá)到最大值以后，到最大值以前，其大小和光強(qiáng)、電壓都有關(guān)，達(dá)到最大值以后，光電光電 流只和光強(qiáng)有光，光強(qiáng)強(qiáng)，光電流就大流只和光強(qiáng)有光，光強(qiáng)強(qiáng)，光電流就大(3)飽和光電流：指在一定頻率與強(qiáng)度的光照射下的最大光電流，飽和光電流：指在一定頻率與強(qiáng)度的光照射下的最大光電流，飽飽 和光電流不隨電路中電壓的增大而增大和光電流不隨電路中電壓的增大而增大3兩

8、條分析線索兩條分析線索(1)通過(guò)頻率分析：光子頻率高通過(guò)頻率分析：光子頻率高光子能量大光子能量大產(chǎn)生光電子的最大產(chǎn)生光電子的最大初初 動(dòng)能大動(dòng)能大(2)通過(guò)光的強(qiáng)度分析：對(duì)確定某種光而言，入射光強(qiáng)度大通過(guò)光的強(qiáng)度分析：對(duì)確定某種光而言，入射光強(qiáng)度大光子光子數(shù)數(shù) 目多目多產(chǎn)生的光電子多產(chǎn)生的光電子多光電流大光電流大84常見(jiàn)概念辨析常見(jiàn)概念辨析光強(qiáng)指單位時(shí)間內(nèi)在垂直于光的傳播方向上，單位面積上光子的光強(qiáng)指單位時(shí)間內(nèi)在垂直于光的傳播方向上，單位面積上光子的總能量，即總能量，即nh(其中其中n為光子數(shù)，為光子數(shù)，h指一個(gè)光子的能量指一個(gè)光子的能量)910理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的波，

9、也不可把理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的粒子光當(dāng)成宏觀觀念中的粒子對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解 例例1(1)關(guān)于光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是關(guān)于光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是()A極限頻率越大的金屬材料逸出功越大極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng)，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng)，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)C從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大，這種金屬的逸出功越小從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大，這種金屬的逸出功越小D入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越

10、高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多(2)用紅光照射某一光電管發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，測(cè)得光子的最大初動(dòng)能為用紅光照射某一光電管發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，測(cè)得光子的最大初動(dòng)能為Ek1，光電流強(qiáng)度為光電流強(qiáng)度為I1；若改用光的強(qiáng)度與上述紅光相同的紫光照射該光電管時(shí)，測(cè)；若改用光的強(qiáng)度與上述紅光相同的紫光照射該光電管時(shí)，測(cè)得光電子的最大初動(dòng)能為得光電子的最大初動(dòng)能為Ek2，光電流強(qiáng)度為，光電流強(qiáng)度為I2，則，則Ek1與與Ek2，I1與與I2的大小關(guān)系的大小關(guān)系為：為：Ek2_Ek1，I2_I1(選填選填“”“”“”或或“”)思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥求解此題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：求解此題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)強(qiáng)度相同的紅光和紫光，光

11、子個(gè)數(shù)不同強(qiáng)度相同的紅光和紫光，光子個(gè)數(shù)不同(2)應(yīng)用光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律求解光電子的最大初動(dòng)能、逸出功、光電流等應(yīng)用光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律求解光電子的最大初動(dòng)能、逸出功、光電流等12解析解析(1)由由Wh可知可知A正確照射光的頻率大于極限頻率時(shí)才正確照射光的頻率大于極限頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)，即能發(fā)生光電效應(yīng)，即B錯(cuò)由錯(cuò)由EkhW0可知可知C錯(cuò)入射光的強(qiáng)度一錯(cuò)入射光的強(qiáng)度一定時(shí)，頻率越高，單個(gè)光子的能量定時(shí)，頻率越高，單個(gè)光子的能量h越大，光子數(shù)越少，單位時(shí)間越大，光子數(shù)越少，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越少，故內(nèi)逸出的光電子數(shù)越少，故D錯(cuò)錯(cuò)(2)紅光光子的頻率比紫光光子的頻率小，因此紅光的光子能量小

12、紅光光子的頻率比紫光光子的頻率小，因此紅光的光子能量小，紫光的光子能量大，當(dāng)紅光和紫光的強(qiáng)度相同時(shí)，即單位時(shí)間內(nèi)，紫光的光子能量大，當(dāng)紅光和紫光的強(qiáng)度相同時(shí)，即單位時(shí)間內(nèi)單位面積上照射的紅光光子個(gè)數(shù)多，而照射的紫光的光子個(gè)數(shù)少，單位面積上照射的紅光光子個(gè)數(shù)多，而照射的紫光的光子個(gè)數(shù)少，根據(jù)光電效應(yīng)原理，紅光照射時(shí)，產(chǎn)生的光電子數(shù)多，光電流的強(qiáng)根據(jù)光電效應(yīng)原理，紅光照射時(shí)，產(chǎn)生的光電子數(shù)多，光電流的強(qiáng)度大，故度大，故I1I2.由于紫光光子能量大，同一光電管，逸出功由于紫光光子能量大，同一光電管，逸出功W0相同相同，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程hW0Ek得：用紫光照射時(shí)，光電

13、得：用紫光照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能大，子的最大初動(dòng)能大，Ek2Ek1.答案答案(1)A(2)13光電效應(yīng)方程的應(yīng)用光電效應(yīng)方程的應(yīng)用例例2如圖，當(dāng)電鍵如圖，當(dāng)電鍵S斷開(kāi)時(shí)，用光子能量為斷開(kāi)時(shí)，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表零合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于讀數(shù)小于0.60 V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零當(dāng)電壓時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于表讀數(shù)大于或等于0.60 V時(shí)，電流表讀數(shù)為零時(shí)，電流表讀數(shù)為零(1)求此時(shí)光電子的最大初動(dòng)能的大小求此時(shí)光電子的最大初動(dòng)能的大

14、小(2)求該陰極材料的逸出功求該陰極材料的逸出功思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥14解析解析設(shè)用光子能量為設(shè)用光子能量為2.5 eV的光照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)的光照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為能為Ek，陰極材料逸出功為，陰極材料逸出功為W0，當(dāng)反向電壓達(dá)到，當(dāng)反向電壓達(dá)到U0.60 V以后，以后，具有最大初動(dòng)能的光電子也達(dá)不到陽(yáng)極，因此具有最大初動(dòng)能的光電子也達(dá)不到陽(yáng)極，因此eUEk由光電效應(yīng)方程：由光電效應(yīng)方程：EkhW0由以上二式：由以上二式：Ek0.6 eV，W01.9 eV.所以光電子最大初動(dòng)能為所以光電子最大初動(dòng)能為0.6 eV，該材料的逸出功為，該材料的逸出功為1.9 eV.答案答案(1)0.6

15、eV(2)1.9 eV15對(duì)光的波粒二象性的理解對(duì)光的波粒二象性的理解 例例3物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，在光物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，在光屏處放上照相底片，若減弱光的強(qiáng)度，使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過(guò)屏處放上照相底片，若減弱光的強(qiáng)度，使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng)，底片上只出現(xiàn)一些不狹縫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng)，底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)子；如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上就會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的干涉條規(guī)則的點(diǎn)子；如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上就會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋，對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)識(shí)正確的是紋，對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)識(shí)正確的是()A曝光時(shí)間不長(zhǎng)時(shí)，出現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)子，表現(xiàn)出光的波動(dòng)性曝光時(shí)間不長(zhǎng)時(shí)，出現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)子，表現(xiàn)出光的波動(dòng)性B單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)無(wú)法預(yù)測(cè)單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)無(wú)法預(yù)測(cè)C干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方干涉條紋中