第1講光電效應(yīng)波粒二象性學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,會(huì)利用光電效應(yīng)方程計(jì)算逸出功、最大初動(dòng)能、截止頻率等物理量。2.會(huì)分析光電效應(yīng)的圖像問題。3.理解物質(zhì)波的概念,理解光的波粒二象性。考點(diǎn)一黑體輻射能量子1.黑體:能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體。2.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)(1)對(duì)于一般材料的物體,輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外,還與材料的種類及表面狀況有關(guān)。(2)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)。隨著溫度的升高,一方面,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加,另一方面,輻射強(qiáng)度的極大值(溫度一定時(shí),黑體輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的分布有一個(gè)極大值)向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng),如圖所示。3.能量子(1)定義:普朗克認(rèn)為,當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí),只能輻射或吸收某個(gè)最小能量值ε的整數(shù)倍,這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子大小:ε=hν,其中ν是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率,h稱為普朗克常量。h=6.626×10-34J·s(一般h=6.63×10-34J·s)。(3)能量子的理解①電磁波的能量是不連續(xù)的,只能是ε=hν的整數(shù)倍。②微觀世界中的物理系統(tǒng),如原子、分子和離子等,其能量正如普朗克所假設(shè)的那樣,只能取某些特定的值,即能量是量子化的。判斷正誤(1)黑體能夠反射各種波長(zhǎng)的電磁波,但不會(huì)輻射電磁波。()(2)玻爾為得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式,提出了能量子的假說。()(3)微觀粒子的能量是量子化的,即微觀粒子的能量是分立的。()例1一點(diǎn)光源以113W的功率向周圍所有方向均勻地輻射波長(zhǎng)約為6×10-7m的光,在離點(diǎn)光源距離為R處每秒垂直通過每平方米的光子數(shù)為3×1014個(gè)。普朗克常量為h=6.63×10-34J·s。R約為()A.1×102m B.3×102mC.6×102m D.9×102m聽課筆記

例2(多選)在實(shí)驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開一小孔,小孔可看成黑體,由小孔的熱輻射特性,就可以確定爐內(nèi)的溫度。如圖所示,就是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波長(zhǎng)的關(guān)系圖像,則下列說法正確的是()A.T1>T2B.T1<T2C.隨著溫度的升高,黑體的輻射強(qiáng)度都有所降低D.隨著溫度的升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)聽課筆記

考點(diǎn)二光電效應(yīng)規(guī)律的理解和應(yīng)用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)規(guī)律(1)每種金屬都有一個(gè)截止(極限)頻率,入射光的頻率必須這個(gè)極限頻率νc才能發(fā)生光電效應(yīng)。

(2)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成正比。

(3)遏止電壓:使的反向電壓Uc。

遏止電壓Uc與入射光頻率ν、逸出功W0間的關(guān)系式:Uc=heν-W(4)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的,一般不超過。

3.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,每一份叫作一個(gè)光子,光子的能量ε=。

(2)光電效應(yīng)方程:hν=Ek+W0或Ek=。

(3)逸出功W0:電子從金屬中逸出所需做功的。逸出功的大小由決定,與入射光無關(guān)。逸出功與極限頻率的關(guān)系,。

(4)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.“幾點(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)光電子不是光子,而是電子。判斷正誤(1)光子和光電子都不是實(shí)物粒子。()(2)用紫外線燈照射鋅板,驗(yàn)電器箔片張開,此時(shí)鋅板帶正電;若改用紅光照射鋅板,發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器箔片不張開,說明紅光的頻率小于鋅的截止頻率。()(3)只要入射光的強(qiáng)度足夠大,就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)。()(4)要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),入射光子的能量必須大于或等于該金屬的逸出功。()(5)光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比。()例3(多選)(2024·黑吉遼卷,8)X射線光電子能譜儀是利用X光照射材料表面激發(fā)出光電子,并對(duì)光電子進(jìn)行分析的科研儀器。用某一頻率的X光照射某種金屬表面,逸出了光電子,若增加此X光的強(qiáng)度,則()A.該金屬的逸出功增大B.X光的光子能量不變C.逸出的光電子最大初動(dòng)能增大D.單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)增多聽課筆記

粵教版選擇性必修第三冊(cè)P98習(xí)題四T5(3)考查光照強(qiáng)度及入射光頻率與波長(zhǎng)對(duì)光電效應(yīng)的影響,該高考試題考查光照強(qiáng)度對(duì)光電效應(yīng)中相關(guān)物理量的影響,可見考查方式來源于教材又高于教材,是對(duì)教材習(xí)題的拓展應(yīng)用。3.當(dāng)用綠光照射光電管陰極K時(shí),可以發(fā)生光電效應(yīng),則下列說法正確的是()A.增大綠光照射強(qiáng)度,光電子的最大初動(dòng)能增大B.增大綠光照射強(qiáng)度,電路中的光電流增大C.改用波長(zhǎng)比綠光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光照射光電管陰極K時(shí),電路中一定有光電流D.改用頻率比綠光頻率高的光照射光電管陰極K時(shí),電路中一定有光電流總結(jié)提升光電效應(yīng)的分析思路例4(2025·湖北武漢模擬)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。用光子能量為2.75eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng),電流表G的示數(shù)不為零。移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.7V時(shí),電流表示數(shù)為零,則在該實(shí)驗(yàn)中()A.光電子的最大初動(dòng)能為1.05eVB.光電管陰極的逸出功為1.7eVC.開關(guān)S斷開,電流表G示數(shù)為零D.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P由b端向a端滑動(dòng)時(shí),電壓表示數(shù)增大聽課筆記

考點(diǎn)三光電效應(yīng)的四類圖像問題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[Ek=hν+(-W0)=hν+(-hνc)]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)系圖線①兩種色光對(duì)應(yīng)的截止頻率和頻率相等②遏止電壓Uc相等:圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)③飽和光電流Im1>Im2:光電流的最大值④最大初動(dòng)能:Ek1=Ek2=eUc顏色不同時(shí),光電流與電壓的關(guān)系圖線①遏止電壓大小Uc1>Uc2②飽和光電流大小I黃>I藍(lán)③最大初動(dòng)能:Ek1=eUc1>Ek2=eUc2④兩色光頻率ν1>ν2;兩種色光對(duì)應(yīng)的截止頻率ν1=ν2遏止電壓Uc(注:此時(shí)兩極之間接反向電壓)與入射光頻率ν的關(guān)系Uc①極限頻率νc:圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)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k與電子電荷量e的乘積,即h=ke例5(2025·吉林長(zhǎng)春高三期中)某探究小組在實(shí)驗(yàn)室用相同雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量甲、乙兩種單色光的波長(zhǎng)時(shí),發(fā)現(xiàn)甲光的相鄰亮條紋間距大,乙光的相鄰亮條紋間距小,若用這兩種光分別照射同一金屬板,且都能發(fā)生光電效應(yīng),以下說法正確的是()A.甲種單色光對(duì)應(yīng)圖乙中的曲線BB.乙種單色光光子的動(dòng)量小C.若想通過圖甲裝置測(cè)得圖乙中的UB和UC,需使A極接電源正極,K極接電源的負(fù)極D.若用甲、乙兩種單色光,對(duì)同一裝置做單縫衍射實(shí)驗(yàn),則甲種光更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象例6如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實(shí)驗(yàn)曲線,該實(shí)驗(yàn)直接證明了愛因斯坦光電效應(yīng)方程,并且第一次利用光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了普朗克常量h。由圖像可知()A.鈉的逸出功為hνcB.鈉的截止頻率為8.5×1014HzC.圖中直線的斜率為普朗克常量hD.遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比聽課筆記

考點(diǎn)四光的波粒二象性物質(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)說明光具有性。

(3)光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,即光具有。

2.對(duì)光的波粒二象性的理解從數(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,越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象,貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)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)出粒子性波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一由光子的能量ε=hν、光子的動(dòng)量表達(dá)式p=hλ也可以看出,光的波動(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ν和波長(zhǎng)3.物質(zhì)波(1)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=hp=hmv,p=mv為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量,h(2)1927年戴維孫和G.P.湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實(shí)驗(yàn),得到了,從而證實(shí)了電子的。

判斷正誤(1)德布羅意認(rèn)為實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性。()(2)光的波粒二象性徹底推翻了麥克斯韋電磁場(chǎng)理論。()(3)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光只有波動(dòng)性,沒有粒子性。()(4)向前飛行的子彈具有波動(dòng)性。()例7(2024·湖南卷,1)量子技術(shù)是當(dāng)前物理學(xué)應(yīng)用研究的熱點(diǎn),下列關(guān)于量子論的說法正確的是()A.普朗克認(rèn)為黑體輻射的能量是連續(xù)的B.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,紅光照射可以讓電子從某金屬表面逸出,若改用紫光照射也可以讓電子從該金屬表面逸出C.康普頓研究石墨對(duì)X射線散射時(shí),發(fā)現(xiàn)散射后僅有波長(zhǎng)小于原波長(zhǎng)的射線成分D.德布羅意認(rèn)為質(zhì)子具有波動(dòng)性,而電子不具有波動(dòng)性聽課筆記

例8(多選)(2023·浙江6月選考,15)有一種新型