魯科版第57講光電效應(yīng)波粒二象性課件

第五十七講

光電效應(yīng)

波粒二象性一、光電效應(yīng)及其規(guī)律1.光電效應(yīng)現(xiàn)象

照射到金屬表面的光，能使金屬中的______從表面逸出的現(xiàn)象，發(fā)射出來的電子叫________。2.光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件

入射光的頻率____________金屬的截止頻率。電子光電子大于或等于3.光電效應(yīng)規(guī)律 (1)每種金屬都有一個(gè)截止頻率，入射光的頻率必須____________這個(gè)極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。 (2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的______無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而______。 (3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10－9s。 (4)當(dāng)入射光的頻率大于截止頻率時(shí)，飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成______。大于或等于強(qiáng)度增大正比【典例1】(2020·河南南陽市上學(xué)期期末)用光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率不同的單色光照射到同種金屬上。下列說法正確的是(

) A.頻率較小的入射光，需要經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間照射才能發(fā)生光電效應(yīng) B.入射光的頻率越大，極限頻率就越大 C.入射光的頻率越大，遏止電壓就越大 D.入射光的強(qiáng)度越大，光電子的最大初動(dòng)能就越大C解析只要入射光的頻率低于金屬的極限頻率，無論時(shí)間多長(zhǎng)，入射光的強(qiáng)度多大，都不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯(cuò)誤；金屬材料的性質(zhì)決定金屬的逸出功，而逸出功決定極限頻率，與入射光的頻率無關(guān)，故B錯(cuò)誤；根據(jù)eUc＝hν－W0

可知，入射光的頻率越大，遏止電壓就越大，故C正確；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可知光電子的最大初動(dòng)能隨照射光頻率的增大而增大，與光照強(qiáng)度無關(guān)，故D錯(cuò)誤。二、愛因斯坦光電效應(yīng)方程1.光子說：在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子，光子的能量ε＝______。2.逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的________。3.最大初動(dòng)能：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的______吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值。4.光電效應(yīng)方程 (1)表達(dá)式：hν＝Ek＋W0或Ek＝____________。 (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hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的____________。hν最小值電子hν－W0最大初動(dòng)能【典例2】(2020·福建南平市第一次質(zhì)檢)單色光B的頻率為單色光A的兩倍，用單色光A照射到某金屬表面時(shí)，從金屬表面逸出的光電子最大初動(dòng)能為E1。用單色光B照射該金屬表面時(shí)，逸出的光電子最大初動(dòng)能為E2，則該金屬的逸出功為(

)B解析根據(jù)光電效應(yīng)方程，用單色光A照射到某金屬表面時(shí)，E1＝hν－W逸出功用單色光B照射到某金屬表面時(shí)，E2＝h·2ν－W逸出功解得W逸出功＝E2－2E1，故B項(xiàng)正確。三、光的波粒二象性與物質(zhì)波1.光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有______性。 (2)光電效應(yīng)說明光具有________。 (3)光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有____________。2.物質(zhì)波波動(dòng)粒子性波粒二象性任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，其波長(zhǎng)λ＝____，p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h為普朗克常量?！镜淅?】

(多選)下列說法中正確的是(

) A.光的波粒二象性學(xué)說徹底推翻了麥克斯韋的光的電磁說 B.在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，暗條紋的地方是光子永遠(yuǎn)不能到達(dá)的地方 C.光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，大量光子打在光屏上的落點(diǎn)是有規(guī)律的，暗紋處落下光子的概率小 D.單個(gè)光子表現(xiàn)出粒子性，大量光子表現(xiàn)出波動(dòng)性CD考點(diǎn)一光電效應(yīng)現(xiàn)象和方程的應(yīng)用1.對(duì)光電效應(yīng)的四點(diǎn)提醒 (1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率。 (2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光。 (3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關(guān)。 (4)光電子不是光子，而是電子。2.兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系 (1)光的強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大。 (2)光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大→遏止電壓大。3.定量分析時(shí)應(yīng)抓住三個(gè)關(guān)系式 (1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。 (2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc。 (3)逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0＝hνc。【典例4】(2020·山東濰坊市第二次高考模擬)如圖所示，分別用頻率為ν、2ν的光照射某光電管，對(duì)應(yīng)的遏止電壓之比為1∶3，普朗克常量用h表示，則(

)B【變式1】(2020·四川瀘州市二診)如圖所示為光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置圖。實(shí)驗(yàn)中用a光照射光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)有示數(shù)；而用b光照射光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)沒有示數(shù)。則下列說法中正確的是(

)A.a光頻率大于b光頻率B.若增加b光的照射時(shí)間，靈敏電流計(jì)將會(huì)有示數(shù)C.若增大b光的光照強(qiáng)度，靈敏電流計(jì)將會(huì)有示數(shù)D.用b光照射時(shí)，適當(dāng)增大電源的輸出電壓，靈敏電流計(jì)將會(huì)有示數(shù)A解析實(shí)驗(yàn)中用a光照射光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)有示數(shù)，說明能夠發(fā)生光電效應(yīng)；而用b光照射光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)沒有示數(shù)，說明不能發(fā)生光電效應(yīng)，可知a光頻率大于b光頻率，選項(xiàng)A正確；根據(jù)光電效應(yīng)的規(guī)律可知，若增加b光的照射時(shí)間以及增加b光的光照強(qiáng)度，都不能發(fā)生光電效應(yīng)，則靈敏電流計(jì)都不會(huì)有示數(shù)，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；用b光照射時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)，即使適當(dāng)增大電源的輸出電壓，也不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，靈敏電流計(jì)也不會(huì)有示數(shù)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤?！镜淅?】(2020·山東省等級(jí)考試模擬卷)如圖所示，有一束單色光入射到極限頻率為ν0的金屬板K上，具有最大初動(dòng)能的某出射電子，沿垂直于平行板電容器極板的方向，從左側(cè)極板上的小孔入射到兩極板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)后，到達(dá)右側(cè)極板時(shí)速度剛好為零。已知電容器的電容為C，帶電荷量為Q，極板間距為d，普朗克常量為h，電子電荷量的絕對(duì)值為e，不計(jì)電子的重力。關(guān)于電容器右側(cè)極板的帶電情況和入射光的頻率ν，以下判斷正確的是(

)C【變式2】(2018·全國卷Ⅱ)用波長(zhǎng)為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)能為1.28×10－19J。已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·s－1。能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為(

) A.1×1014

Hz B.8×1014

Hz C.2×1015Hz D.8×1015HzB【變式3】

(多選)(2017·全國卷Ⅲ，19)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub，光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是(

) A.若νa＞νb，則一定有Ua＜Ub B.若νa＞νb，則一定有Eka＞Ekb C.若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb D.若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－EkbBC解析由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek＝hν－W0，由動(dòng)能定理得Ek＝eU，若分別用a、b單色光照射同種金屬時(shí)，逸出功W0相同。當(dāng)νa＞νb時(shí)，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb，故選項(xiàng)C正確；因逸出功相同，有W0＝

hνa－

Eka＝

hνb－

Ekb，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)二光電效應(yīng)的圖像圖像名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①極限頻率：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc②逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②飽和光電流Im1、Im2：光電流的最大值③最大初動(dòng)能：Ek＝eUc光的顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①極限頻率νc：圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke(注：此時(shí)光電管兩極之間接反向電壓)【典例6】(2020·山東省等級(jí)考試第二次模擬卷)如圖甲為光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的電路圖，利用不同頻率的光進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得光電管兩極間所加電壓U與光電流I的關(guān)系如圖乙中a、b、c、d四條曲線所示。用νa、νb、νc、νd表示四種光的頻率，下列判斷正確的是(

)A.νb＞νc＞νd＞νa

B.νd＞νb＞νc＞νa C.νd＞νc＞νb＞νa

D.νa＞νc＞νb＞νdA 【變式4】

(多選)(2020·江蘇泰州市5月第二次模擬)圖甲是光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖，圖乙是通過改變電源極性得到的光電流與加在陰極K和陽極A上的電壓的關(guān)系圖像，下列說法正確的有(

)A.由圖甲可知，閉合開關(guān)，電子飛到陽極A的動(dòng)能比其逸出陰極K表面時(shí)的動(dòng)能小B.由圖甲可知，閉合開關(guān)，向右移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，當(dāng)電壓表示數(shù)增大到某一值后，電流表的讀數(shù)將不再增大C.由圖乙可知，③光子的頻率小于①光子的頻率D.由圖乙可知，①②是同種顏色的光，①的光強(qiáng)比②的大BD【變式5】

(多選)(2020·遼寧營(yíng)口市下學(xué)期3月考)某同學(xué)在研究某金屬的光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)該金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示。若圖線在橫、縱坐標(biāo)軸上的截距分別為a和－b，已知電子所帶電荷量為e，由圖線可以得到(

)CD考點(diǎn)三光的波粒二象性和物質(zhì)波1.從數(shù)量上看個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(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衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象。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)為粒子性。4.波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一【典例7】(2020·7月浙江選考)下列說法正確的是(

) A.質(zhì)子的德布羅意波長(zhǎng)與其動(dòng)能成正比 B.天然放射的三種射線，穿透能力最強(qiáng)的是α射線 C.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的截止頻率與入射光的頻率有關(guān) D.電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有波動(dòng)性D天然放射的三種射線，穿透能力最強(qiáng)的是γ射線，B項(xiàng)錯(cuò)誤；光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的截止頻率是指使金屬恰好發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)入射光的頻率，即hν0＝W0，只與金屬的逸出功W0有關(guān)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；衍射是波的特性，所以電子束穿過鋁箔的衍射圖樣說明電子具有波動(dòng)性，D項(xiàng)正確。

【變式6】(2020·北京市第13中學(xué)開學(xué)測(cè)試)a、b兩束單色光分別用同一雙縫干涉裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在距雙縫恒定距離的屏上得到如圖所示的干涉圖樣，圖甲是a光照射時(shí)形成的干涉圖樣，圖乙是b光照射時(shí)形成的干涉圖樣。下列關(guān)于a、b兩束單色光的說法正確的是(

)A.a光子的能量較大B