高考物理一輪復(fù)習(xí) 2波粒二象性課件 滬科版選修3-5.ppt

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第二章波粒二象性 知識點(diǎn)1光電效應(yīng) 思維激活1 多選 如圖所示 用導(dǎo)線把驗(yàn)電器與鋅板相連接 當(dāng)用紫外線照射鋅板時 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(yàn)電器指針張開一個角度D 鋅板帶負(fù)電 解析 選B C 用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應(yīng)的 鋅板上的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出 稱之為光電子 故A錯誤 B正確 鋅板與驗(yàn)電器相連 帶有相同電性的電荷 鋅板失去電子應(yīng)該帶正電 且失去電子越多 帶正電的電荷量越多 驗(yàn)電器指針張角越大 故C正確 D錯誤 知識梳理 1 定義 照射到金屬表面的光 能使金屬中的 從表面逸出的現(xiàn)象 2 光電子 中發(fā)射出來的電子 3 光電效應(yīng)規(guī)律 1 每種金屬都有一個極限頻率 入射光的頻率必須 這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng) 低于這個頻率的光不能產(chǎn)生光電效應(yīng) 2 光電子的最大初動能與入射光的 無關(guān) 只隨入射光頻率的增大而 電子 光電效應(yīng) 大于 強(qiáng)度 增大 3 光電效應(yīng)的發(fā)生 的 一般不超過10 9s 4 當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時 飽和光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成 幾乎是瞬時 正比 知識點(diǎn)2愛因斯坦光電效應(yīng)方程 思維激活2 2012 上海高考 在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中 用單色光照射某種金屬表面 有光電子逸出 則光電子的最大初動能取決于入射光的 A 頻率B 強(qiáng)度C 照射時間D 光子數(shù)目 解析 選A 根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek h W0可知 當(dāng)金屬的極限頻率確定時 光電子的最大初動能取決于入射光的頻率 與光照強(qiáng)度 照射時間 光子數(shù)目無關(guān) 選項(xiàng)A對 B C D錯 知識梳理 1 光子說 在空間傳播的光是不連續(xù)的 而是一份一份的 每一份叫作一個光的能量子 簡稱光子 光子的能量 其中h 6 63 10 34J s 稱為普朗克常量 2 逸出功W0 使電子脫離某種金屬所做功的 3 最大初動能 發(fā)生光電效應(yīng)時 金屬表面上的 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 h 最小值 電子 4 愛因斯坦光電效應(yīng)方程 1 表達(dá)式 Ek h 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 剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動能Ek W0 逸出功W0 5 對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋 增大 積累能量 光電子 微點(diǎn)撥 1 對光電效應(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 波粒二象性的三個易錯點(diǎn) 1 光子表現(xiàn)為波動性 并不否認(rèn)光具有粒子性 2 宏觀物體也具有波動性 3 微觀粒子的波動性與機(jī)械波不同 微觀粒子的波是概率波 考點(diǎn)1光電效應(yīng)規(guī)律的理解區(qū)分光電效應(yīng)中的五組概念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 光子是光電效應(yīng)的因 光電子是果 深化理解 2 光電子的動能與光電子的最大初動能 光照射到金屬表面時 電子吸收光子的全部能量 可能向各個方向運(yùn)動 需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量 剩余部分為光電子的初動能 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 光電子的初動能小于等于光電子的最大初動能 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 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 入射光強(qiáng)度與光子能量 入射光強(qiáng)度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量 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 題組通關(guān)方案 典題1 入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng) 若入射光的強(qiáng)度減弱 而頻率保持不變 則 A 從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B 逸出的光電子的最大初動能將減小C 單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少D 有可能不發(fā)生光電效應(yīng) 典題解析 選C 光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的 一般不超過10 9s 且與入射光的強(qiáng)度無關(guān) A錯 光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān) 只隨著入射光頻率的增大而增大 入射光的強(qiáng)度減弱而頻率保持不變 逸出的光電子的最大初動能將不變 B錯 光強(qiáng)減弱 單位時間內(nèi)入射的光子數(shù)減少 則單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少 C對 只要入射光的頻率大于極限頻率就能產(chǎn)生光電效應(yīng) 入射光只是強(qiáng)度減弱而頻率保持不變 故仍能發(fā)生光電效應(yīng) D錯 典題2 2012 江蘇高考 A B兩種光子的能量之比為2 1 它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng) 且所產(chǎn)生的光電子最大初動能分別為EA EB 求A B兩種光子的動量之比和該金屬的逸出功 典題解析 光子能量 h 動量p 且 得p 則pA pB 2 1A照射時 光電子的最大初動能EA A W0 同理 EB B W0 解得W0 EA 2EB答案 2 1EA 2EB 加固訓(xùn)練 1 硅光電池是利用光電效應(yīng)原理制成的器件 下列表述正確的是 A 硅光電池是把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置B 硅光電池中吸收了光子能量的電子都能逸出C 逸出的光電子的最大初動能與入射光的頻率無關(guān)D 任意頻率的光照射到硅光電池上都能產(chǎn)生光電效應(yīng) 解析 選A 光電效應(yīng)是光 包括不可見光 照射金屬使其逸出電子的現(xiàn)象 因此 硅光電池是把光能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置 A正確 根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律知 大于極限頻率的光才能被金屬中的電子吸收而發(fā)生光電效應(yīng) 跑向金屬內(nèi)部的電子并不能飛出金屬 B D錯誤 光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大 C錯誤 2 已知金屬銫的極限波長為0 66 m 用0 50 m的光照射銫金屬表面時發(fā)射光電子的最大初動能為多少焦耳 銫金屬的逸出功為多少焦耳 普朗克常量h 6 63 10 34J s 解析 金屬銫發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率 0 金屬銫的逸出功W h 0 6 63 10 34 3 10 19J由光電效應(yīng)方程Ek h W0 6 63 10 34 3 108 9 6 10 20J答案 9 6 10 20J3 10 19J 學(xué)科素養(yǎng)升華 光電效應(yīng)的兩個決定關(guān)系 1 逸出功W0一定時 入射光的頻率決定著能否產(chǎn)生光電效應(yīng)以及光電子的最大初動能 2 入射光的頻率一定時 入射光的強(qiáng)度決定著單位時間內(nèi)發(fā)射出來的光電子數(shù) 考點(diǎn)2光電效應(yīng)的圖像分析 對比分析 題組通關(guān)方案 典題3 2011 福建高考 愛因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎 某種金屬逸出光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率 的關(guān)系如圖所示 其中 0為極限頻率 從圖中可以確定的是 A 逸出功與 有關(guān)B Ekm與入射光強(qiáng)度成正比C 當(dāng) 0時 會逸出光電子D 圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān) 典題解析 選D 金屬的逸出功與入射光的頻率 無關(guān) 只與極限頻率 0有關(guān) A錯 光電子的最大初動能與入射光強(qiáng)度無關(guān) 與入射光的頻率和金屬的逸出功有關(guān) B錯 當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率 不能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象 C錯 據(jù)光電效應(yīng)方程Ek h W0可知 圖像的斜率即為普朗克常量 D對 典題4 2013 浙江高考 小明用金屬銣為陰極的光電管觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示 已知普朗克常量h 6 63 10 34J s 1 圖甲中電極A為光電管的 選填 陰極 或 陽極 2 實(shí)驗(yàn)中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率 之間的關(guān)系如圖乙所示 則銣的截止頻率 c Hz 逸出功W0 J 3 如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率 7 00 1014Hz 則產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek J 典題解析 1 由光電管的結(jié)構(gòu)知 A為陽極 2 Uc 圖像中橫軸的截距表示截止頻率 c 5 14 1014Hz 逸出功W0 h c 6 63 10 34 5 14 1014J 3 41 10 19J 3 由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程Ek h W0 6 63 10 34 7 00 1014J 3 41 10 19J 1 23 10 19J 答案 1 陽極 2 5 12 5 18 1014 3 39 3 43 10 19 3 1 21 1 25 10 19 加固訓(xùn)練 1 研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示 以頻率為 的光照射光電管陰極K時 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 光電流i由圖中電流計G測出 反向電壓U由電壓表V測出 且遏止電壓為U0 在下列表示光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的圖像中 錯誤的是 解析 選B 當(dāng)反向電壓U和入射光頻率 一定時 光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子數(shù)與光強(qiáng)成正比 則單位時間內(nèi)到達(dá)陽極A的光電子數(shù)與光強(qiáng)也成正比 故光電流i與光強(qiáng)I成正比 所以選項(xiàng)A正確 由動能定理得 eU0 0 Ek 又因Ek h W0 所以可知遏止電壓U0與頻率 是線性關(guān)系 但不是正比例關(guān)系 故選項(xiàng)B錯誤 當(dāng)光強(qiáng)與入射光頻率一定時 單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)及其最大初動能是一定的 所形成的光電流強(qiáng)度會隨反向電壓的增大而減小 選項(xiàng)C正確 根據(jù)光電效應(yīng)的瞬時性規(guī)律 可知選項(xiàng)D正確 2 從1907年起 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 作出Uc 的圖像 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 1 2 遏止電壓Uc1 Uc2及電子的電荷量e均為已知 求 1 普朗克常量h 2 該金屬的截止頻率 0 解析 根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek h W0及動能定理eUc Ek得Uc 結(jié)合圖像知普朗克常量答案 學(xué)科素養(yǎng)升華 光電效應(yīng)中有關(guān)圖像問題的解題方法 1 明確圖像中縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)所表示的物理量 2 明確圖像所表示的物理意義及所對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系 同時還要知道截距 交點(diǎn)等特殊點(diǎn)的意義 例如 Ekm 圖像 表示了光電子的最大初動能Ekm隨入射光頻率 的變化曲線 圖甲中橫軸上的截距是陰極金屬的極限頻率 縱軸上的截距表示了陰極金屬的逸出功負(fù)值 直線的斜率為普朗克常量 圖像的函數(shù)式 Ek h W0 光電效應(yīng)中的U I圖像 是光電流強(qiáng)度I隨兩極板間電壓U的變化曲線 圖乙中的Im是飽和光電流 Uc為遏止電壓