1、2021新亮劍高考總復(fù)習(xí)第十二單元波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核課時1光電效應(yīng)波粒二象性1磨劍課前自學(xué)目錄CONTENTS2悟劍課堂精講悟劍課堂精講磨劍課前自學(xué)目 錄 磨劍課前自學(xué)必備知識基礎(chǔ)過關(guān)目 錄必備知識第4頁考點巧講基礎(chǔ)過關(guān)一、光電效應(yīng)1. 光電效應(yīng)現(xiàn)象在光的照射下,金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象,發(fā)射出來的電子叫光電子。2. 光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件入射光的頻率大于或等于金屬的極限頻率。3. 光電效應(yīng)規(guī)律(1)每種金屬都有一個極限頻率,入射光的頻率必須大于或等于這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。(2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān),只隨入射光頻率的增大而增大。(3) 光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的

2、,一般不超過 10-9 s。(4) 當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時,飽和光電流的大小與入射光的強度成正相關(guān)關(guān)系。目 錄必備知識第5頁考點巧講基礎(chǔ)過關(guān)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,每一份叫作一個光子,光子的能量 = h。2. 逸出功 W0:電子從金屬中逸出所需做功的最小值。3. 最大初動能:發(fā)生光電效應(yīng)時,金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的 最大值。4. 光電效應(yīng)方程(1) 表達(dá)式: Ek= h-W0。(2) 物理意義:金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是 h,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

3、后電子的最大初動能。 目 錄必備知識第6頁考點巧講基礎(chǔ)過關(guān)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)象證明光具有波動性。(2)光電效應(yīng)說明光具有粒子性。(3)光既具有波動性,又具有粒子性,稱為光的波粒二象性。2.物質(zhì)波(1) 概率波:光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn),亮條紋是光子到達(dá)概率大的地方,暗 條紋是光子到達(dá)概率小的地方,因此光波又叫概率波。(2) 物質(zhì)波:任何一個運動著的物體,小到微觀粒子,大到宏觀物體,都有一種波與它對應(yīng),其波長 =,p 為運動物體的動量,h 為普朗克常量。 目 錄必備知識基礎(chǔ)過關(guān)考點巧講第7頁1.(2019 年湖南學(xué)考題

4、)關(guān)于黑體輻射的實驗規(guī)律,下列敘述正確的是(B)。A. 黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關(guān)外,與表面狀況有關(guān)B.隨著溫度的升高,各種波長的輻射強度都有增加C.隨著溫度的升高,輻射強度的極大值向波長較長的方向移動D.黑體熱輻射的強度與波長無關(guān) 目 錄必備知識基礎(chǔ)過關(guān)考點巧講第8頁2.(人教版選修 3-5 P30 演示實驗改編)(多選)如圖所示,用導(dǎo)線把驗電器與鋅板相連接紫外線照射鋅板時,發(fā)生的現(xiàn)象是( A.有光子從鋅板逸出B. 有電子從鋅板逸出C. 驗電器指針張開一個角度D.鋅板帶負(fù)電BC )。目 錄必備知識基礎(chǔ)過關(guān)考點巧講第9頁3.(2019 年湖南岳陽學(xué)期初考試)在光電效應(yīng)實驗中,

5、用波長為 的光照射光電管陰極,發(fā)生了光電效應(yīng),下列說法正確的是(D)。A. 僅增大入射光的強度,光電流大小不變B. 僅減小入射光的強度,光電效應(yīng)現(xiàn)象可能消失C. 改用波長大于 的光照射,光電子的最大初動能變大D. 改用波長大于 的光照射,可能不發(fā)生光電效應(yīng) 目 錄必備知識基礎(chǔ)過關(guān)考點巧講第10頁4.(2019 年河南南陽單元檢測)用很弱的光做單縫衍射實驗,改變曝光時間,在膠片上出現(xiàn)的圖像如圖所示,該實驗表明(C)。A.光的本質(zhì)是波B. 光的本質(zhì)是粒子C. 光的能量在膠片上分布不均勻D. 光到達(dá)膠片上不同位置的概率相同 目 錄磨劍課前自學(xué)悟劍課堂精講 悟劍課堂精講考點巧講對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋光電

6、效應(yīng)圖象問題二認(rèn)識光的波粒二象性目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點巧講 第12頁 對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋 1. 愛因斯坦對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋對應(yīng)的實驗規(guī)律對規(guī)律產(chǎn)生的解釋存在極限頻率 0電子從金屬表面逸出,首先必須克服金屬原子束縛做功 W0,要使入射光子的能量不小于 W0,對應(yīng)的頻率 0=0,即極限頻率光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大,與入射光強度無關(guān)電子吸收光子能量后,一部分用于克服阻礙作用做功,剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動能,只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動能,對于確定的屬,W0 是一定的,故光電子的最大初動能只隨入射光的頻率的增大而增大光電效應(yīng)具有瞬時性光照射金屬時,電子

7、只能吸收一個光子,吸收一個光子的能量后,動能立即增大, 不需要積累能量的過程光較強時飽和電流大光較強時,包含的光子數(shù)較多,照射金屬時產(chǎn)生的光電子較多,因而飽和電流較大目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點巧講 第13頁2. 與光電效應(yīng)有關(guān)的四組概念對比(1) 光子與光電子:光子指光在空間傳播時的每一份能量,光子不帶電;光電子是金屬表面受到光照射時發(fā) 射出來的電子,其本質(zhì)是電子。光子是因,光電子是果。(2) 光電子的動能與光電子的最大初動能:只有金屬表面的電子直接向外飛出時,只需克服原子核的引力 做功的情況,才具有最大初動能。(3) 光電流和飽和光電流:金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極,回路中便產(chǎn)生光電流,

8、隨著所加正向電壓的增大,光電流趨于一個飽和值,這個飽和值是飽和光電流,在一定的光照條件下,飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。(4) 光的強度與飽和光電流:頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),入射光越強,飽和光電流越大,但不是簡 單的正比關(guān)系。3. 光電效應(yīng)的研究思路兩條對應(yīng)關(guān)系:入射光強度大光子數(shù)目多發(fā)射光電子多光電流大; 光子頻率高光子能量大光電子的最大初動能大。 目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點巧講 第14頁例 1(2019 年江西南昌段考)(多選)用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng),用某種頻率的單色光 a 照射光電管陰極K,電流計 的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而用另一頻率的單色光 b 照射光電管陰極K 時,電

9、流計 的指針也發(fā)生偏轉(zhuǎn),a 光與 b 光波長分別為 和 2,它們產(chǎn)生的速度最快的光電子速度之比為 21,普朗克常量和真空中光速分別用 h 和 c 表示,測得 a 光與 b 光相應(yīng)的遏止電壓分別為 Ua 和 Ub,則下列說法正確的有(A. 該種金屬的逸出功為3B. 該種金屬的逸出功為C. 波長超過 2 的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)D.a 光與 b 光遏止電壓大小關(guān)系為 UaUbAD )。目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點巧講 第15頁由 h=W0錯誤。光的波長小于或可知 Ek=h-W0,該動能又會在遏止電出功,同種金屬的 W0 相同。a 光與 b 光波長分別為 項正確。 目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過

10、關(guān) 考點巧講 第16頁(1) 正確理解金屬的逸出功的概念,知道極限頻率(或最大波長)存在的原因是解決光電效應(yīng)問題的 關(guān)鍵;光電效應(yīng)是金屬中的自由電子吸收了光子的能量后,其動能大到足以克服金屬原子的引力而逃逸 出金屬表面,成為光電子的現(xiàn)象。(2) 對一定的金屬來說,逸出功是一定的,照射光的頻率越大,光子的能量越大,從金屬中逸出的光電 子的最大初動能就越大;如果入射光子的頻率較低,它的能量小于金屬的逸出功,就不能產(chǎn)生光電效應(yīng), 這就是存在極限頻率的原因。(3) 光電效應(yīng)規(guī)律中“光電流的強度”,是在光電管兩極間的電壓一定的前提下的電流強弱,此時光電 流的強度與入射光的強度成正相關(guān)。注意:光電流大小與

11、入射光的強度和光電管兩極間的電壓都有關(guān), 但光電流的飽和值(對應(yīng)從陰極發(fā)射出的電子全部被拉向陽極的狀態(tài))只與光的強度有關(guān)。 目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點巧講 第17頁變式 1(2018 年全國卷,T17)用波長為 300 nm 的光照射鋅板,電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28 10-19 J。已知普朗克常量為 6.6310-34 Js, 真空中的光速為 3.00108 ms -1,能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為( B)。A.11014 HzB.81014 HzC.21015 HzD.81015 Hz目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點巧講 第18頁目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點

12、巧講 第19頁模型建構(gòu)光電效應(yīng)圖象問題圖象名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量最大初動能 Ek 與入射光頻率 的關(guān)系圖線極限頻率:圖線與 軸交點的橫坐標(biāo) c逸出功:圖線與Ek軸交點的縱坐標(biāo)的值的絕對值 W0=|-E|=E普朗克常量:圖線的斜率 k=h顏色相同、強度不同的光,光電流與電壓的關(guān)系遏止電壓 Uc:圖線與橫軸的交點飽和光電流 Im:光電流的最大值最大初動能:Ek=eUc目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點巧講 第20頁顏色不同時,光電流與電壓的關(guān)系遏止電壓 Uc1、Uc2飽和光電流最大初動能 Ek1=eUc1,Ek2=eUc2極限頻率 c:圖線與橫軸的交點遏止電壓 Uc 與入射光頻遏

13、止電壓 Uc:隨入射光頻率的增大而增大率 的關(guān)系圖線普朗克常量 h:等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積,即 h=ke。(注:此時兩極之間接反向電壓)（續(xù)表） 目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點巧講 第21頁例 2(2019 年吉林省遼源高三下學(xué)期期中考試)(多選)美國物理學(xué)家密立根利用圖 1 所示的電路研究金屬的遏止電壓 U0 與入射光頻率 的關(guān)系,描繪出如圖 2 中的圖象,由此算出普朗克常量 h。電子電荷量用 e 表示,下列說法正確的是( CD )。A. 入射光的頻率增大,為了測遏止電壓,則滑動變阻器的滑片 P 應(yīng)向 M 端移動B. 增大入射光的強度,光電子的最大初動能也增大C.由 Uc- 圖象

14、可知,這種金屬的截止頻率為 cD.由 Uc- 圖象可求普朗克常量表達(dá)式為 11-c目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點巧講 第22頁目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點巧講 第23頁變式 2(2019 年濟寧一中高三質(zhì)檢)(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點橫坐標(biāo)為4.71014 Hz,與縱軸的交點縱坐標(biāo)為 0.5 eV)。由圖可知( AC )。A. 該金屬的截止頻率為 4.71014 HzB. 該金屬的截止頻率為 6.01014 Hz C.該圖線的斜率表示普朗克常量D.該金屬的逸出功為 0.5 eV 目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點巧講

15、 第24頁圖線與橫軸的交點表示截止頻率,A 項正確,B 項錯誤;由光電程 Ek=h-W0,可知圖線的斜率為普朗克常量功 W =h=6.6310-34 4.71 10c1目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點巧講 第25頁二 認(rèn)識光的波粒二象性光的波粒二象性的實質(zhì):波粒二象性中所說的波和粒子并不是經(jīng)典物理學(xué)中所說的“波”和“粒 子”。波粒二象性中所說的波是一種概率波,是指光子在空間出現(xiàn)的概率可以用波動規(guī)律來描述, 只對于大量光子才有意義;波粒二象性中所說的粒子,是指光子是不連續(xù)的,是一份一份的,每一 份具有的能量為 h。 目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點巧講 第26頁例 3(2019 年河南開封模擬)

16、(多選)下列關(guān)于微觀粒子波粒二象性的認(rèn)識正確的是(ACD)。A. 由概率波的知識可知,因微觀粒子落在哪個位置不能確定,所以粒子沒有確定的軌跡B. 由概率波的知識可知,因微觀粒子落在哪個位置不能確定,再由不確定性關(guān)系知粒子動量將完全確定 C.大量光子表現(xiàn)出波動性,此時光子仍具有粒子性D.波動性和粒子性,在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的,但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的 目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點巧講 第27頁微觀粒子落點位置不能確定,與經(jīng)典粒子有確定軌跡不同,A 項正確;單縫衍射中, 微觀粒子通過狹縫,其位置的不確定量等于縫寬,其動量也有一定的不確定量,B 項錯誤;波動性和粒子性是微觀粒子的固有特性,無論何時二者都同時存在,C 項正確波動性和粒子性,在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的,但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是 統(tǒng)一的,D 項正確。 目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān) 考點巧講 第28頁(1) 從數(shù)量上看:個別光子的行為往往表現(xiàn)為粒子性;大量光子的行為往往表現(xiàn)為波動(2)從頻率上看:頻率高的光子容易表現(xiàn)出粒子性;頻率(3)從傳播與作用上看目 錄 必備知識 基礎(chǔ)過關(guān)