（江苏专版）2019年高考物理总复习 第62讲 光电效应波粒二象性讲义.doc

1第第 6262 讲讲 光电效应光电效应 波粒二象性波粒二象性考情剖析考查内容考纲要求考查年份考查详情能力要求普朗克能量子假说黑体和黑体辐射、光电效应、光的波粒二象性 物质波14 年T12C(1)选择，考 查了光电效应方程 的应用分析综合15 年T12C(1)选择，考 查了光电效应、热 中子衍射、黑体辐 射、德布罗意波波 长的理解分析综合17 年T12C(2)填空，考 查了德布罗意波长分析综合弱项清单,光电效应计算错误，没有正确理解光电效应产生的条件，答题技巧欠佳；p公式记忆不到位，物理量字母书写不规范h h c知识整合一、黑体辐射与能量子1黑体与黑体辐射 (1)黑体：是指能够完全_入射的各种波长的电磁波而不发生_的物体 (2)黑体辐射的实验规律 一般材料的物体，辐射的电磁波除与_有关外，还与材料的_及 _有关 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的_有关2a随着温度的升高，各种波长的辐射强度都_ b随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较_的方向移动2能量子 为解释黑体辐射规律，1900 年普朗克提出了能量_假说 (1)定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个_ 值的整数倍即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的这个不可再分的最小能量值 叫 做能量子 (2)能量子的大小：h，其中 是电磁波的频率，h 称为普朗克常 量h6.63×1034 J·s. 二、光电效应 1光电效应现象 光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出 来的电子叫做_，形成的电流称_ 2光电效应规律 (1)存在着饱和电流在光照条件不变的情况下，随着光电管所加正向电压的增大，光 电流增大，但最终光电流趋于一个定值，不再随正向电压的增大而增大，这个稳定的光电流 称_，饱和电流的强度随入射光强度的增大而_ (2)存在着遏止电压光电管两端加反向电压时，使光电流_的反向电压，称为 遏止电压反向遏止电压的存在意味着光电子具有最大的初动能 实验表明，对于一定频率的光，遏止电压都是一样的，与光强无关，与频率有关频率 越大，遏止电压越大意味着光子的最大初动能与入射光的_无关，只随入射光的 _增大而增大(3)存在截止频率当入射光的频率减小到某一数值时，即使不加反向电压也没有光电 流这表明：当低于这个频率时，没有光电子从金属表面逸出，不能发生光电效应不同的 金属的截止频率_ (4)光电效应具有瞬时性光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是_的，不 需要时间的积累 3爱因斯坦光电效应方程 (1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光 子光子的能量为 _. (2)光电效应方程：_ 三、康普顿效应 光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面前者表明光子具有_， 后者表明光子除了具有_之外还具有_ 四、光的波粒二象性与物质波 1光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有_性3(2)光电效应说明光具有_性 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的_性 2物质波 (1)概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率_ 的地方，暗条纹是光子到达概率_的地方，因此光波又叫概率波 (2)物质波 任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长 ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量h p方法技巧考点 1 光电效应方程及光子说对光电效应的解释 1光照射金属时，电子吸收一个光子(形成光电子)的能量后，动能立即增大，不需要 积累能量的过程2电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做功(逸出功 W)，要使入射光子的能量不小于 W 才会发生光电效应频率 ，即是极限频率W h3对于确定的金属，W 是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增 大 4光强越强，光子数目越多，逸出的光电子数目越多，饱和电流也越大 【典型例题 1】 (17 年常州一模)如图所示的是研究光电效应的装置的电路图，若用某 一频率的光照射光电管阴极 P，发现电流表有读数，则增加光的强度，电流表示数 _(选填“变大” 、 “变小”或“不变”)若开关 K 断开时，用光子能量为 2.5 eV的 一束光照射阴极 P，发现电流表读数不为零，合上开关，调节滑动变阻器，当电压表读数大 于或等于 0.60 V时，电流表读数为零，由此可知阴极材料的逸出功为_eV.1.(17 年苏锡常镇一模)如图所示为研究光电效应现象的实验，电路中所 有元件完好，当光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能的原因是( )4A入射光强度较弱B入射光波长太长C电源电压太高D光照射时间太短 【学习建议】 加强对产生光电效应的条件进行正确地理解 考点 2 光电效应曲线图象的理解 1Ekm­ 曲线 如图所示的是光电子最大初动能 Ekm随入射光频率 的变化曲线这里，横轴上的截 距是阴极金属的极限频率；纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量2I­U 曲线 (1)如图所示的是光电流 I 随光电管两极板间电压 U 的变化曲线，图中 Im为饱和光电流， Uc为遏止电压(2)在用相同频率不同强度的光去照射阴极 K 时，得到 I­U 曲线如图所示，它显示出对 于不同强度的光，Uc是相同的，这说明同频率、不同强度的光所产生的光电子的最大初动能 是相同的【典型例题 2】 (17 年南京一模)光照射某金属产生光电效应时，实验测得光电子最大 初动能与照射光频率的图象如图所示，其中图线与横轴交点坐标为 0，则该金属的逸出功 为_用一束波长范围为 12，且 1<2的光照射该金属时产生光电效应，则 光电子的最大初动能为_已知普朗克常量为 h，光在真空中传播速度为 c.5【学习建议】 对 公式的记忆要牢固，提高计算的正确率c 2.(17 年苏北四市联考)图示为金属 A 和 B 的遏止电压 Uc和入射光频率 的关系图象，由图可知金属 A 的截止频率_(选填“大于” 、 “小于”或“等于”) 金属 B 的截止频率；如果用频率为 5.5×1014 Hz的入射光照射两种金属，从金属_(选 填“A”或“B”)逸出光电子的最大初动能较大【典型例题 3】 (16 年常州一模)用同一光电管研究 a、b 两种单色光产生的光电效应， 得到光电流 I 与光电管两极间所加电压 U 的关系如图则 a 光光子的频率_(选填 “大于” 、 “小于”或“等于”)b 光光子的频率；a 光的强度_(选填“大于” 、 “小于” 或“等于”)b 光的强度考点 3 对光的波粒二象性、物质波的理解 光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为： 1个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性 2频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著， 越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强 3光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性 【典型例题 4】 (多选)在单缝实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的 95%以 上假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )A一定落在中央亮纹上B一定落在亮纹处C可能落在暗纹处D落在中央亮纹处的可能性最大 【学习建议】 加强对波粒二象性及概率波的理解6当堂检测 1.(17 年苏北六市联考)(多选)2017 年 1 月，我国“墨子号”量子科学实 验卫星正式进入应用研究在量子理论中，有共同来源的两个微观粒子，不论它们相距都远， 它们总是相关的，一个粒子状态的变化会立即影响到另一个粒子，这就是所谓的量子纠 缠关于量子理论，下列说法中正确的有( )A玻尔氢原子理论，第一次提出了能量量子化的观念B爱因斯坦研究光电效应提出光子说，光子说属于量子理论的范畴C量子理论中，实物粒子具有波粒二象性D微观粒子在受力状况和初速度确定的前提下，可以确定它此后运动状态和位置 2(17 年苏锡常镇二模)如图是研究光电效应的实验装置，用一定频率的光照射阴极 K，当滑片 P 处于图示位置时，电流表的示数不为零，为使电流表示数减小，下列办法可行 的是( )第 2 题图A将滑片 P 向右移动 B减小入射光的强度C换用电动势更大的电源 D将电源的正、负极对调 3(17 年江苏高考)质子(H)和粒子(He)被加速到相同动能时，质子的动量1 14 2_(选填“大于” 、 “小于”或“等于”)粒子的动量，质子和粒子的德布罗意波 波长之比为_ 4小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示已 知普朗克常量 h6.63×1034 J·s.甲乙第 4 题图 (1)图甲中电极A为光电管的_(选填“阴极”或“阳极”)；7(2)实验中测得铷的遏止电压 Uc与入射光频率 之间的关系如图乙所示，则铷的截止 频率 c_Hz，逸出功 W0_J； (3)如果实验中入射光的频率 7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能 Ek_J.5(17 年南通泰州一模)一铜板暴露在波长为 的紫外线中，观测到有电子从铜板表 面逸出在铜板所在空间加一方向垂直于板面、大小为 E 的匀强电场时，电子能运动到距板 面的最大距离为 d.已知真空中的光速为 c，普朗克常量为 h，电子电荷量为 e，求： (1)入射光光子的能量； (2)铜板的极限频率8第 62 讲 光电效应 波粒二象性知识整合 基础自测 一、1.(1)吸收 反射 (2)温度 种类 表面状况 温度 a增加 b短 2量子化 (1)最小能量 二、1.光电子 光电流 2(1)饱和电流 增大 (2)减小到零 强度 频率 (3)不同 (4)瞬时 3(1)h (2)EkhW0 三、能量 能量 动量 四、1.(1)波动 (2)粒子 (3)波粒二象 2. (1)大 小 方法技巧 ·典型例题 1· 变大 1.9 【解析】 电流表有计数，说明发生了光电效应，光电 流的大小与光的强度成正比，增加光的强度，电流表示数变大电压表读数大于或等于 0.6 V 时，电流表计数为零根据题意光电子的最大初动能为EkqU0.6 eV，根据光电效 应方程W0hEk1.9 eV. ·变式训练 1·B 【解析】 光的强度和光照时间不能决定能否发生光电效应， 电 源电压为正向电压且光照到光电管上灵敏电流计中没有电流，则可能没有发生光电效应， 即入射光的频率过小，波长过长造成的·典型例题 2·h0 hh0 【解析】 最大初动能为零，则入射光的能量等于C 1逸出功，所以W0h0.根据光电效应方程， EkmhW0，用一束波长范围为12， 且1<2的光照射该金属时产生光电效应，入射光的最小波长为12，且1，即频率最大， 那么产生的光电子的最大初动能为Ekmhh0, C 1·变式训练 2·小于 A 【解析】 根据爱因斯坦光电效应方程EkmhW0及能量守恒定律方程：EkmeUc，得eUchW0即Uc .当 Uc0 时，对应的频率为截h eW0 e止频率，由图知金属 A 的截止频率小于金属 B 的截止频率金属的逸出功为W0h0， 根据Ekmhh0可知 相同时，由于金属 A 的截止频率较小，所以从金属 A 逸出 光电子的最大初动能较大 ·典型例题 3·大于 大于 【解析】 由UcehW0可知遏止电压越大，入射光 的频率越大饱和电流越大，光照越强，a光的强度大于b光的强度 ·典型例题 4·CD 【解析】 根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在 何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达到 95%以上，当然也可能落 在其他亮纹处和暗纹处，只不过概率比落在中央亮纹处的要小，故 C、D 正确 当堂检测 1BC 【解析】 普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论，故 A 错误；爱因斯坦为了解释光电效应的规律，提出了光子说，光子说属于量子理论的范 畴所以 B 选项是正确的； 在量子理论中，实物粒子具有波粒二象性，所以 C 选项是正确 的；根据测不准原理可以知道，微观粒子在受力状况和初速度确定的前提下，并不能同时 确定它此后运动状态和位置，故 D 错误 2B 【解析】 若滑片P向右移动，导致正向电压增大，而光子的最大初动能不变， 饱和光电流不会变，则光电流的大小不变故 A 错误若减小入射光的强度，导致光子数目减小，则电流表的示数会减小所以 B 选项是正确的若换用电动势更大的电源，与滑 片向右移动一样，饱和电流不变，则电流表示数不变故 C 错误若电源的正、负极对调， 则光电管两端的电压为反向电压，若保持照射光的频率和强度不变，反向电压会阻碍光电 子的移动，导致光电流可能会减小，但并一定会减小，故 D 错误. 3. 小于 21 【解析】 动能与动量的关系P，质子( H)和粒子( He)2mEk1 14 2质量之比为 14，所以小于物质波的波长 ， 可得，物质波的波长之比h Ph2mEk为 21. 4(1)阳极 (2)5.15(5.125.18)×1014 341(3.393.43)×1019 (3)1.23(1.211.25)×1019 【解析】 (1)由光电管 的结构知，A 为阳极；(2)Uc­图象中横轴的截距表示截止频率c，逸出功W0hc；(3)由 爱因斯坦的光电效应方程EkhW0，可求结果5(1)h (2) 【解析】 (1)根据光子能量 Eh，及 ， 那么入射光光子的cceEdhc能量 h . (2)由功能关系可以知道光电子的最大初动能 EkmeEd，设铜板的极限频率为0, c则 Eh0eEd，计算得出0 .ceEdh