物理第十三章 动量守恒定律 波粒二象性 原子结构与原子核 第2讲 光电效应 波粒二象性（选修3-5）.ppt

第2讲光电效应波粒二象性第十三章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核内容索引基础知识梳理命题点一光电效应的实验规律命题点二光电效应方程和光电效应图象命题点三光的波粒二象性和物质波课时作业基础知识梳理1一、普朗克能量子假说黑体与黑体辐射一、普朗克能量子假说黑体与黑体辐射1.黑体与黑体辐射(1)黑体：如果某种物质能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生，这种物体就是绝对黑体.(2)黑体辐射：辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 有关.2.普朗克能量子假说当带电微粒辐射或吸收能量时，是以最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个最小能量值叫做 .反射温度能量子h二、光电效应及其规律二、光电效应及其规律1.光电效应现象在光的照射下，金属中的 从表面逸出的现象，发射出来的电子叫 .2.光电效应的产生条件入射光的频率 金属的极限频率.电子光电子大于等于3.光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须 这个极限频率才能产生光电效应.(2)光电子的最大初动能与入射光的 无关，只随入射光频率的增大而 .(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109 s.(4)当入射光的频率大于等于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成 .大于等于强度增大正比4.爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量 .(2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的 .(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的 吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值.h最小值电子(4)光电效应方程表达式：hEkW0或Ek.物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能.hW0三、光的波粒二象性物质波三、光的波粒二象性物质波1.光的波粒二象性(1)波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 性.(2)粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有 性.(3)光既具有 性，又具有 性，称为光的波粒二象性.波动粒子波动粒子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.大小1.判断下列说法是否正确.(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应.()(2)要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的逸出功.()(3)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比.()(4)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性.()深度思考深度思考(5)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律.()(6)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性.()(7)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子具有波动性.()2.(多选)如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是A.有光子从锌板逸出B.有电子从锌板逸出C.验电器指针张开一个角度D.锌板带负电基础题组自测基础题组自测答案3.(多选)在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是A.增大入射光的强度，光电流增大B.减小入射光的强度，光电效应现象消失C.改用频率小于的光照射，一定不发生光电效应D.改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大答案解析4.有关光的本性，下列说法正确的是A.光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的B.光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C.大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D.由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种性质去 说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性答案5.黑体辐射的规律如图所示，从中可以看出，随着温度的降低，各种波长的辐射强度都_(填“增大”“减小”或“不变)，辐射强度的极大值向波长_(填“较长”或“较短”)的方向移动.减少答案解析较长由题图可知，随着温度的降低，相同波长的光辐射强度都会减小；同时最大辐射强度向右侧移动，即向波长较长的方向移动.命题点一光电效应的实验规律21.对光电效应的四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率.(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光.(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关.(4)光电子不是光子，而是电子.2.光电效应的研究思路(1)两条线索：(2)两条对应关系：3.定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：EkhW0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：EkeUc.(3)逸出功与极限频率的关系：W0h0.(多选)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.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D.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【例1】答案解析题组阶梯突破题组阶梯突破1.(多选)下列对光电效应的理解，正确的是A.金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能 足够大时，就能逸出金属表面B.如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时 所需做的最小功，便不能发生光电效应C.发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初 动能就越大D.由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同答案2.(多选)用如图所示的光电管研究光电效应，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转.而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么A.a光的频率一定大于b光的频率B.只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大C.增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转D.用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c答案3.如图甲所示为光电管的原理图，当频率为的可见光照射到阴极K上时，电流表中有电流通过.(1)当变阻器的滑片P向_滑动时(填“左”或“右”)，通过电流表的电流将会减小.右答案解析由题图可知光电管两端所加的电压为反向电压，当变阻器的滑动端P向右移动时，反向电压增大，光电子到达右端的速度减小，则通过电流表的电流减小.(2)由乙图IU图象可知光电子的最大初动能为_.2 eV答案解析当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，根据动能定理得，eU 则光电子的最大初动能为2 eV.(3)如果不改变入射光的频率，而减小入射光的强度，则光电子的最大初动能_(填“增加”“减小”或“不变”).不变答案解析根据光电效应方程EkmhW0，知入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变.命题点二光电效应方程和光电效应图象31.三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程EkhW0.(2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的方法测得，即EkeUc，其中Uc是遏止电压.(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率c的关系是W0hc.2.四类图象图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率的关系图线极限频率：图线与轴交点的横坐标c逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0|E|E普朗克常量：图线的斜率kh颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系遏止电压Uc：图线与横轴的交点饱和光电流Im：电流的最大值最大初动能：EkmeUc颜色不同时，光电流与电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能Ek1eUc1，Ek2eUc2遏止电压Uc与入射光频率的关系图线截止频率c：图线与横轴的交点遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即hke.(注：此时两极之间接反向电压)用如图甲所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5 eV的光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图象如图乙所示.则光电子的最大初动能为_ J，金属的逸出功为_ J.【例2】答案解析3.21019 4.81019 (2016江苏单科12C)(1)贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用.下列属于放射性衰变的是_.【例3】答案解析A属于衰变，B属于裂变，C是聚变，D是原子核的人工转变，故选A项.(2)已知光速为c，普朗克常数为h，则频率为的光子的动量为_，用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为_.答案解析用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应.已知该可见光的波长范围为4.01077.6107 m，普朗克常数h6.631034 Js.(3)几种金属的逸出功W0见下表：答案解析钠、钾、铷能发生光电效应.金属钨钙钠钾铷W0(1019 J)7.265.123.663.603.41光子的能量E取4.0107 m，则E5.01019 J根据EW0判断，钠、钾、铷能发生光电效应.4.在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示.则可判断出A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能题组阶梯突破题组阶梯突破答案解析5.(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴交点坐标为0.5).由图可知A.该金属的截止频率为4.271014 HzB.该金属的截止频率为5.51014 HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5 eV答案解析6.如图甲所示是研究光电效应规律的光电管.用波长0.50 m的绿光照射阴极K，实验测得流过表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h6.631034 Js.结合图象，求：(结果保留两位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能.答案解析4.01012个9.61020 J光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数光电子的最大初动能为：EkmeUc1.61019 C0.6 V9.61020 J.(2)该阴极材料的极限波长.答案解析0.66 m设该阴极材料的极限波长为c，根据爱因斯坦光电效应方程：Ekm 代入数据得c0.66 m.命题点三光的波粒二象性和物质波4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)从数量上看：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)从频率上看：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，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象.(3)从传播与作用上看：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.(4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量Eh、光子的动量表达式p 也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长.(5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子.(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性.下列事实中突出体现波动性的是A.射线在云室中穿过会留下清晰的径迹B.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构C.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构D.光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射 光的强度无关【例4】答案解析题组阶梯突破题组阶梯突破7.下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是A.光的色散和光的干涉B.光的干涉和光的衍射C.泊松亮斑和光电效应D.光的反射和光电效应答案8.1927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答案光电效应说明光具有粒子性，A正确.衍射是波的特点，说明中子具有波动性，B正确.黑体辐射的实验规律说明光具有粒子性，C错误.动能相等的质子和电子，二者质量不同，德布罗意波长不相等，D错误.9.(多选)(2015江苏物理12C(1)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有A.光电效应现象揭示了光的粒子性B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D.动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等答案解析课时作业51.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使金属产生光电效应的措施是A.改用频率更小的紫外线照射B.改用X射线照射C.改用强度更大的原紫外线照射D.延长原紫外线的照射时间答案1234567982.(多选)已知某金属发生光电效应的截止频率为c，则A.当用频率为2c的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B.当用频率为2c的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能 为hcC.当照射光的频率大于c时，若增大，则逸出功增大D.当照射光的频率大于c时，若增大一倍，则光电子的最大初动能也 增大一倍12345679答案解析83.用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则A.逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B.逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C.逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D.光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了12345679答案解析光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确.8入射光波长太长，入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应，故选项B正确；电路中电源反接，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，故选项D正确.4.(多选)如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是A.入射光太弱B.入射光波长太长C.光照时间短D.电源正、负极接反12345679答案解析8A.照射该光电管时a光使其逸出的光电子的最大初动能大B.从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大C.通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大D.通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大5.(多选)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的关系如图所示.则这两种光答案解析1234567986.(多选)如图所示，是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象.由图象可知12345679A.该金属的逸出功等于EB.该金属的逸出功等于hcC.入射光的频率为2c时，产生的光电子的最大初动能为ED.入射光的频率为 时，产生的光电子的最大初动能为答案解析87.如图所示是研究光电管产生的电流的电路图，A、K是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的极限频率为c.现将频率为(大于c)的光照射在阴极上，则：12345679答案解析(1)_是阴极，阴极材料的逸出功等于_.Khc被光照射的金属将有光电子逸出，故K是阴极，逸出功与极限频率的关系为W0hc.8(2)加在A、K间的正向电压为U时，到达阳极的光电子的最大动能为_，将A、K间的正向电压从零开始逐渐增加，电流表的示数的变化情况是_.12345679答案解析hhceU逐渐增大，直至保持不变根据光电效应方程可知，逸出的光电子的最大初动能为hhc，经过电场加速获得的能量为eU，所以到达阳极的光电子的最大动能为hhceU，随着电压增加，单位时间内到达阳极的光电子数量将逐渐增多，但当从阴极逸出的所有光电子都到达阳极时，再增大电压，也不可能使单位时间内到达阳极的光电子数量增多.所以，电流表的示数先是逐渐增大，直到保持不变.8(3)为了阻止光电子到达阳极，在A、K间应加上的最小反向电压U反_.12345679从阴极逸出的光电子在到达阳极的过程中将被减速，如果hhceU反，就将没有光电子能够到达阳极，所以U反8答案解析A.光只有粒子性没有波动性B.光只有波动性没有粒子性C.少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D.少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性8.用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片.这些照片说明123456789答案解析光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确.9.一个德布罗意波波长为1的中子和另一个德布罗意波波长为2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为12345679答案解析8