专题12.2 光电效应　波粒二象性（讲）（原卷版）.doc

专题12.2 光电效应波粒二象性1.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律.2.会利用光电效应方程计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量.3.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念知识点一 光电效应波粒二象性1光电效应(1)定义：在光的照射下从金属表面发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)。(2)产生条件：入射光的频率大于金属极限频率。(3)光电效应规律存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过109 s。2光电效应方程(1)基本物理量光子的能量h，其中h6.626×1034 J·s(称为普朗克常量)。逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值。最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有动能的最大值。(2)光电效应方程：EkhW0。【知识拓展】与光电效应有关的五组概念对比1光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。光子是光电效应的因，光电子是果。2光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。3光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。4入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。5光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。知识点二 粒子散射实验与核式结构模型1实验现象绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数粒子发生了大角度偏转，极少数粒子甚至被撞了回来。如图所示。2原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。知识点三 氢原子光谱和玻尔理论1光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。(2)光谱分类：线状谱光谱是一条条的亮线。连续谱光谱是连在一起的光带。(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式R(n3,4,5，)，R是里德伯常量，R1.10×107 m1，n为量子数。2玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hEmEn(h是普朗克常量，h6.63×1034 J·s)。(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。3氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图能级图如图所示。(2)氢原子的能级公式EnE1(n1,2,3，)，其中E1为基态能量，其数值为E113.6 eV。(3)氢原子的半径公式rnn2r1(n1,2,3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r10.53×1010 m。考点一 光电效应的实验现象【典例1】 (2016·全国卷)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是()A保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B入射光的频率变高，饱和光电流变大C保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生D遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关【变式1】（广西南宁三中2019届模拟）如图所示是光电管的工作原理电路图，一束波长为1的单色光照射到光电管的阴极，电路中产生了光电流，下列判断正确的是()A若电路中电源的正、负极反接后，电路中仍可能有光电流B单色光照射一段时间后，才能观察到电流表指针转动C若另一束波长为2的单色光(2>1)照射到光电管的阴极时，电路中也可能产生光电流但光电流肯定比前次小D入射光的强度一定时，电路中光电流的大小随电压的增大而持续增大考点二 光电效应方程的应用【典例2】（2019·天津卷）如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是（ ） 【举一反三】(2018·全国卷)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×1019 J。已知普朗克常量为6.63×1034 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A1×1014 HzB8×1014 Hz C2×1015 Hz D8×1015 Hz【变式2】(2017·全国卷)在光电效应实验中，分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是()A若a>b，则一定有UaUb B若a>b，则一定有EkaEkbC若UaUb，则一定有EkaEkb D若a>b，则一定有haEkahbEkb考点三 光电效应图象问题【典例3】（山东烟台二中2019届模拟）用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，b)，下列说法中正确的是()甲乙A普朗克常量为hB断开开关S后，电流表G的示数不为零C仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变【变式3】（福建师大附中2019届模拟）用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示。已知普朗克常量为h，被照射金属的逸出功为W0，遏止电压为Uc，电子的电荷量为e，则下列说法正确的是()A甲光的强度大于乙光的强度 B甲光的频率大于乙光的频率C甲光照射时产生的光电子初动能均为eUc D乙光的频率为考点四 对波粒二象性的理解【典例4】（安徽安庆一中2019届模拟）关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是()A不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性【变式4】（江苏启东中学2019届模拟）1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法不正确的是()A亮条纹是电子到达概率大的地方 B该实验说明物质波理论是正确的C该实验再次说明光子具有波动性 D该实验说明实物粒子具有波动性考点五 粒子散射实验与核式结构模型【典例5】（辽宁东北育才中学2019届模拟）下列与粒子散射实验结果一致的是()A所有粒子穿过金箔后偏转角度都很小 B大多数粒子发生较大角度的偏转C向各个方向运动的粒子数目基本相等 D极少数粒子发生大角度的偏转【变式5】（山西忻州一中2019届模拟）从粒子散射实验结果出发推出的结论有：金原子内部大部分都是空的；金原子是一个球体；汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况；原子核的半径约是1015m，其中正确的是()AB C D考点六 氢原子光谱和玻尔理论【典例6】（2019·新课标全国卷）氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV3.10 eV的光为可见光。要使处于基态（n=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为()A12.09 eVB10.20 eVC1.89 eV D1.5l eV【举一反三】（河北石家庄二中2019届模拟）已知氢原子基态能量为13.6 eV，下列说法正确的有()A使n2能级的氢原子电离至少需要吸收3.4 eV的能量B氢原子由n3能级跃迁到n2能级，放出光子，能量增加C处于基态的氢原子吸收能量为10.2 eV的光子跃迁到n4的激发态D大量处于n3激发态的氢原子会辐射出3种不同频率的光子【方法技巧】能级跃迁的规律（1）自发跃迁：高能级低能级，释放能量，发出光子。光子的频率。（2）受激跃迁：低能级高能级，吸收能量。光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hE，即对光子的吸收具有选择性。当入射光子能量大于该能级的电离能时，原子对光子吸收不再具有选择性，而是吸收以后发生电离。碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外E。【变式6】（湖南衡阳八中2019届模拟）氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量E154.4 eV，氦离子能级的示意图如图所示。在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是()A54.4 eVB51.0 eV C43.2 eV D40.8 eV