備考2019年高考物理一輪復(fù)習(xí)文檔：第十二章第1講光電效應(yīng)講義Word版含解析

1、第1講光電效應(yīng)板塊一主干梳理夯實(shí)基礎(chǔ)【知識(shí)點(diǎn)1】 光電效應(yīng) I1 .定義照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象。2 .光電子光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子。3 .光電效應(yīng)規(guī)律(1)每種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于等工這個(gè)極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。低于這個(gè)頻率的光不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān),只隨入射光頻率的增大而增大。 (3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的,一般不超過10 9 s。(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)度與入射光的強(qiáng)度成正比?！局R(shí)點(diǎn)2】愛因斯坦光電效應(yīng)方程I1 .光子說在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一

2、份叫做一個(gè)光的能量子，簡稱光子，光子的能量 彳 肢。其中h = 6.63X 10-34 j s琳為普朗克常量)。2 .逸出功Wo使電子脫離某種金屬所做功的最/嫗3 .最大初動(dòng)能發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的電子吸收光子后克服金屬的逸出功后所具有的動(dòng)能。4 .愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：Ek= h v- Woo(2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hv,這些能量的一部分用來克服1 C金屬的逸出功Wo,剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動(dòng)能Ek=-1mev2°5.對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋時(shí)應(yīng)規(guī)律時(shí)規(guī)律的產(chǎn)生的解釋存在極限頻率對光電干的最大初 動(dòng)能隨著人射光 頻率的增大而增

3、大，與人射光強(qiáng) 度無關(guān)效應(yīng)具有瞬時(shí)性光較強(qiáng)時(shí)飽和電 流大電予從金屬表面逸出.首先必須克服 金屬的逸出功卬。.要使人射光子的能量不小于%,對應(yīng)的頻率H) l-7- T fl即極限頻率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 的光電子才具有最大初動(dòng)能.對于確 定的金屬，% 是一定的.故光電子的 最大初動(dòng)能只隨人射光的頻率增大而 國增大光照射金屬時(shí).電子吸收一個(gè)光子的 能量后,動(dòng)能立即增大，不需要回妲 能量的過程光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多照射金 屆時(shí)產(chǎn)生的既光包予較多.因而飽和 電流較大【知識(shí)點(diǎn)3】 光的波粒二象性 物質(zhì)波1 .光的波粒二象

4、性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性。(2)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性。(3)光既具有波動(dòng)性.又具有粒子性.即光具有波粒二象，性。2 .物質(zhì)波(1)1924年，法國物理學(xué)家德布羅意提出：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，每一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的粒子都 有一個(gè)波和它對應(yīng)，這種波叫做物質(zhì)波，也叫德布羅意波。（2）物質(zhì)波的波長：4p- = mh,其中h是普朗克常量。物質(zhì)波也是一種概率波。板塊二考點(diǎn)細(xì)研悟法培優(yōu)考點(diǎn)i光電效應(yīng)規(guī)律的理解深化理解【考點(diǎn)解讀1 .光子與光電子光子是指組成光本身的一個(gè)個(gè)不可分割的能量子，光子不帶電；光電子是指金屬表面受到 光照射時(shí)發(fā)射出來的電子。2 .光電子的最大初動(dòng)能與光電

5、子的動(dòng)能當(dāng)光照射金屬時(shí)，光子的能量全部被電子吸收，電子吸收光子的能量后可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。有的向金屬內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，有的向金屬表面運(yùn)動(dòng)，但因途徑不同，運(yùn)動(dòng)途中消耗的能量也不同。唯獨(dú)在金屬表面的電子，只要克服金屬原子核的引力做功，就能從金屬中逸出而具有最大初動(dòng)能。根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可以算出光電子的最大初動(dòng)能為Ek= h v-Wo（Wo為金屬的逸出功）。而其他經(jīng)過不同的路徑射出的光電子，其動(dòng)能一定小于最大初動(dòng) 能。3 .光電流與飽和光電流在一定頻率與強(qiáng)度的光照射下產(chǎn)生光電效應(yīng)，光電流與電壓之間的關(guān)系為：開始時(shí)，光電流隨電壓U的增大而增大，當(dāng) U比較大時(shí)，光電流達(dá)到飽和值Im。這時(shí)即使再增大 U,在

6、單位時(shí)間內(nèi)也不可能有更多的光電子定向移動(dòng)，光電流也就不會(huì)再增大，即飽和光電流是 在一定頻率與強(qiáng)度的光照射下的最大光電流。在一定光照條件下，飽和光電流與所加電壓 大小無關(guān)。4 .入射光強(qiáng)度和光子能量入射光強(qiáng)度是單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上總的能量，光子能量即每個(gè)光子的能 量，光子總能量等于光子能量與入射光子數(shù)的乘積。5 .光的強(qiáng)度與飽和光電流飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比的規(guī)律是對頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的， 對于不同頻率的光，由于每個(gè)光子的能量不同，飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒有簡單的 正比關(guān)系。典例示法例1 2017黃岡中學(xué)模擬如圖所示為研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)電路，電源的兩個(gè)

7、電極分別與接線柱c、d連接。用一定頻率的單色光a照射光電管時(shí)，靈敏電流計(jì) G的指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而用另一頻率的單色光b照射該光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)G的指針不偏轉(zhuǎn)。下列說法正確的是（）A . a光的頻率一定大于 b光的頻率B.電源正極可能與 c接線柱連接C.用b光照射光電管時(shí)，一定沒有發(fā)生光電效應(yīng)er G一 fD.若靈敏電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則電流方向一定是由若靈敏電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，一定沒發(fā)生光電效應(yīng)嗎?提示：不一定。若所加電壓為反向電壓，發(fā)生光電效應(yīng)也不一定有電流。嘗試解答 選ABD 。由于電源的接法不知道，所以有兩種情況:（1）c接負(fù)極，d接正極：用某種頻率的單色光 a照射光電管陰極 K,電流計(jì)

8、G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，知 a光頻率大于金屬的極限頻率。用另 頻率的單色光b照射光電管陰極 K時(shí)，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，知 b光的頻率小于金 屬的極限頻率，所以 a光的頻率一定大于 b光的頻率。（2）c接正極，d接負(fù)極：用某種頻率 的單色光a照射光電管陰極 K,電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，知 a光產(chǎn)生的光電子能到達(dá)負(fù) 極d端。用另一頻率的單色光 b照射光電管陰極 K時(shí)，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，知 b光未產(chǎn)生光電子或產(chǎn)生的光電子不能到達(dá)負(fù)極d端，所以a光產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能大, a光的頻率一定大于 b光的頻率，A、B正確；由以上的分析可知，不能判斷出用 b光照射光電管時(shí)，一定沒有發(fā)生光電效應(yīng)，故

9、 C錯(cuò)誤；電流的方向與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反，若靈敏電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則電流方向一定是由e-G-f,故D正確?？偨Y(jié)升華解決光電效應(yīng)規(guī)律問題的技巧熟練掌握光電效應(yīng)規(guī)律是解決此類問題的關(guān)鍵。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律可理解記憶：“放不放（光電子），看光限（入射光最低頻率）；放多少（光電子），看光強(qiáng)；（光電子的）最大初動(dòng)能（大?。矗ㄈ肷涔獾模╊l率；要放瞬時(shí)放”。解題中判斷是否發(fā)生光電效應(yīng)，不能只看指針是否偏轉(zhuǎn)，還要看光電管所加的電壓的方向。跟蹤訓(xùn)練2017邢臺(tái)*II擬用強(qiáng)度相同的紅光和藍(lán)光分別照射同一種金屬，均能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)。下列判斷正確的是 （）A.用紅光照射時(shí)，該金屬的逸出功小，用藍(lán)光照

10、射時(shí)該金屬的逸出功大B.用紅光照射時(shí)，該金屬的截止頻率低，用藍(lán)光照射時(shí)該金屬的截止頻率高C.用紅光照射時(shí)，逸出光電子所需時(shí)間長，用藍(lán)光照射時(shí)逸出光電子所需時(shí)間短D.用紅光照射時(shí)，逸出的光電子最大初動(dòng)能小，用藍(lán)光照射時(shí)逸出的光電子最大初動(dòng)能大 答案 D解析 同種金屬的逸出功是相同的，A錯(cuò)誤；同種金屬的截止頻率是相同的，B錯(cuò)誤；只要金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，逸出光電子的時(shí)間一樣，C錯(cuò)誤；藍(lán)光的頻率比紅光大，由 Ek=hvW0知，用紅光照射時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能小，用藍(lán)光照射時(shí)逸出的光電子最大初 動(dòng)能大，D正確?？键c(diǎn)2光電效應(yīng)的圖象分析對比分析圖象名稱圖線形狀強(qiáng)光（黃） 弱光（黃）顏色相同、強(qiáng) 度不同

11、的光. 光電流與電 壓的關(guān)系由圖線直接（間接） 得到的物理量遏止電壓心：圖線 與橫軸的交點(diǎn) 飽和光電流。;電 流的最大值最大初動(dòng)能：極限頻率；圖線與 軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)1 逸出功：圖線與鼠 軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的 值 %=| E|=E 普朗克常量：圖線 的斜率k=h最大初動(dòng)能 E；與人射 光頻率酎的 關(guān)系圖線顏色不同. 強(qiáng)J度相同 時(shí)光電流 與電壓的 關(guān)系遏止電壓U與人射 光頻率”的 關(guān)系圖線遏止電壓q 泡和光電流 最大初動(dòng)能與】=截止頻率圖線 與橫軸的交點(diǎn)遏止電壓U”隨人 射光頻率的增大而 增大普朗克常量上等 于圖線的斜率與電 子電最的乘積,即h =息. (注:此時(shí)兩極 之間接反向電壓)從1907年起

12、，美國物理學(xué)家密立根開始以精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量。他通過如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率丫，作出Uc-v的圖象，由此算出普朗克常量 h,并與普朗克根據(jù)黑體輻射測出的h相比較，以檢驗(yàn)愛因斯坦方程的正確性。圖中頻率、以 遏止電壓Uci、Uc2及電子的電荷量 e均為已知，求:普朗克常量h;(2)該金屬的截止頻率*。(1)最大初動(dòng)能Ek與光的頻率丫的關(guān)系?提示：Ek=hy Wo, Ek隨y的增大而增大，成一次函數(shù)關(guān)系，并非成正比例關(guān)系。(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓Uc的關(guān)系?提不：Ek=eUc。(3)Uc- y圖線與橫軸交點(diǎn)的物理意義？提示：交點(diǎn)表示極限頻率。e

13、Uc2 Uc1 U c2 M U cl 亞嘗試解答(1) (2)-U。邊 一 MU c2 U cl根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hv Wo及動(dòng)能定理eUc= Ek得U c=1丫一二oe eh Uc2- Uc1Uci結(jié)合圖象知k=- =e 此一“ M We U c2 U c1U c2 M Uc1 辿普朗克常量 h =, w =。怩- 1Uc2 Uc1總結(jié)升華解決光電效應(yīng)圖象問題的幾個(gè)關(guān)系(1)光電效應(yīng)方程：Ek= h V Wo。一，Wo(2)發(fā)生光電效應(yīng)的臨界條件：Ek=0, yc= ro (3)反向遏止電壓與入射光極限頻率的關(guān)系：-eUc= 0- Ek, Uc = '-" &

14、#39; e e跟蹤訓(xùn)練研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，用頻率為Y的光照射光電管陰極 K時(shí),有光電子產(chǎn)生。由于光電管 K、A間加的是反向電壓，光電子從陰極K發(fā)射后將向陽極 A做減速運(yùn)動(dòng)。光電流i由圖中電流計(jì) G測出，反向電壓 U由電壓表V測出。當(dāng)電流計(jì)的示 數(shù)恰好為零時(shí)，電壓表的示數(shù)稱為反向截止電壓Uc,在下列表示光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的圖象中，錯(cuò)誤的是()光強(qiáng)/和物率一定 時(shí),光電流i與反向 unj的關(guān)系光強(qiáng)，和頻率v 1定 時(shí),光電流i與產(chǎn)生光電子的時(shí)間，的關(guān)系()答案 B解析 由光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律知，光的頻率和反向電壓一定，光電流強(qiáng)度與光強(qiáng)成正比，A圖正確；由光電效應(yīng)方程可知：hv=h%+E

15、k,而eUc=Ek,所以有h尸h W+ eUc, Uc與、成一次函數(shù)關(guān)系，B圖錯(cuò)誤；從金屬中打出的光電子，在反向電壓作用下做減速運(yùn)動(dòng)，反 向電壓增大，到達(dá)陽極的光電子數(shù)減少，光電流減小，U=Uc時(shí)，光電流為零，C圖正確；由光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，在戶七時(shí)，光照射到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射是瞬時(shí)的，D圖正確。考點(diǎn)3光的波粒二象性深化理解、考點(diǎn)解讀對光的波粒二象性的理解 光既有波動(dòng)性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機(jī)的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為：(1)從數(shù)量上看：個(gè)別光子的作用效果往往容易表現(xiàn)出粒子性；大量光子的作用效果往往容 易表現(xiàn)出波動(dòng)性。(2)從頻率上看：頻率越低波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和

16、衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子 性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)。(3)從傳播與作用上看：光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn) 出粒子性。(4)波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量E = hv、光子的動(dòng)量表達(dá)式 p = 也可以看出,光人的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特 征的物理量頻率Y或波長 (5)理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀概念中的粒 子。契例示法在屏上先后出現(xiàn)如圖、例3(多選)用極微弱的可見光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，隨著時(shí)間的增加,A.圖象(a)表明光具有粒子性B.圖象(c)表明光

17、具有波動(dòng)性C.用紫外光觀察不到類似的圖象 D.實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波牛(1)什么情況下容易表現(xiàn)出波動(dòng)性?提示：波長較長，時(shí)間較長，大量的光子容易表現(xiàn)出波動(dòng)性。(2)什么情況下容易表現(xiàn)出粒子性？提示：波長短，時(shí)間短，少量的光子容易表現(xiàn)出粒子性。嘗試解答 選ABD。圖象(a)曝光時(shí)間短，通過光子數(shù)很少，呈現(xiàn)粒子性，圖象(c)曝光時(shí)間長，通過了大量光子, 呈現(xiàn)波動(dòng)性，A、B正確；同時(shí)實(shí)驗(yàn)也表明光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動(dòng)的規(guī)律確定，光波是一種概率波，D正確；紫外光本質(zhì)和可見光本質(zhì)相同，也可以發(fā)生上述現(xiàn)象，C錯(cuò)誤?？偨Y(jié)升華波粒二象性的深入理解(1)雖然平時(shí)看到宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，看不出其波動(dòng)性，但也有一個(gè)波長與之對應(yīng)。例如飛行子彈的波長約為1034 m。(2)波粒二象性是微觀粒子的特殊規(guī)律，一切微觀粒子都存在波動(dòng)性；宏觀物體也存在波動(dòng)性，只是波長太小，難以觀測。(3)德布羅意波也是概率波，衍射圖樣中的亮圓是電子落點(diǎn)概率大的地方，但概率的大小受 波動(dòng)規(guī)律的支配。跟蹤訓(xùn)練（多選）關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中