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1、第29講波粒二象性,一 光電效應(yīng),二 愛因斯坦光電效應(yīng)方程,三 光的波粒二象性與物質(zhì)波,教材研讀,突破一 光電效應(yīng)的理解,突破二 光電效應(yīng)的圖像分析,突破三 對(duì)波粒二象性的理解,重難突破,3.研究光電效應(yīng)的電路圖 其中A是陽極、K是陰極。,4.光電效應(yīng)規(guī)律 (1)每種金屬都有一個(gè)極限頻率,入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。低于這個(gè)頻率的光不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。 (2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)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(shí)的,一般不超過10-9 s。 (4)當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí),飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成正比。,3.最大初動(dòng)能

2、 發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值。 4.遏止電壓與截止頻率 (1)遏止電壓:使光電流減小到零的反向電壓Uc。 (2)截止頻率:能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率叫做該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)。不同的金屬對(duì)應(yīng)著不同的極限頻率。,5.愛因斯坦光電效應(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(gè)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)為逸出后光電子的最大初動(dòng)能Ek=mev2。,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(dòng)性。 (

3、2)光電效應(yīng)說明光具有粒子性。 (3)光既具有波動(dòng)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(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)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(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對(duì),應(yīng),其波長(zhǎng)=,p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量,h為普朗克常量。,3.不確定性關(guān)系 微觀粒子的動(dòng)量和位置是不能同時(shí)確定的。,1.判斷下列說法的正誤: (1)光電子就是光子。() (2)只要光強(qiáng)度足夠強(qiáng),任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)。() (3)極限頻率越大的金屬材料逸出功越大。() (4)愛

4、因斯坦認(rèn)為光是一份一份的,每一份叫光量子。() (5)宏觀物體不具有波動(dòng)性。() (6)光子和光電子都是實(shí)物粒子。(),(7)要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),入射光子的能量必須大于金屬的逸出 功。() (8)光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比。() (9)光的頻率越高,光的粒子性越明顯,但仍具有波動(dòng)性。() (10)德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出了量子假說,成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律。() (11)美國(guó)物理學(xué)家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng),證實(shí)了光的粒子性。() (12)法國(guó)物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實(shí)物粒子在一定條件下會(huì)表現(xiàn) 為波動(dòng)性。(),2.(多選)關(guān)于光的波粒二象性的理解正確的是(AD) A.大量光子的

5、效果往往表現(xiàn)出波動(dòng)性,個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性 B.光在傳播時(shí)是波,而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子 C.高頻光是粒子,低頻光是波 D.波粒二象性是光的根本屬性,有時(shí)它的波動(dòng)性顯著,有時(shí)它的粒子性顯著,3.(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(shí),發(fā)生的現(xiàn)象是(BC) 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(gè)角度 D.鋅板帶負(fù)電,4.(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,用頻率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(AD) A.增大入射光的強(qiáng)度,光電流增大 B.減小入射光的強(qiáng)度,光電效應(yīng)現(xiàn)象消失 C.改用頻率小于的光照射,一定不發(fā)生光

6、電效應(yīng) D.改用頻率大于的光照射,光電子的最大初動(dòng)能變大,2.正確理解光電效應(yīng)方程 (1)對(duì)光電效應(yīng)的四點(diǎn)提醒 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。 光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見光,也包括不可見光。 逸出功的大小由金屬本身決定,與入射光無關(guān)。 光電子不是光子,而是電子。 (2)兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系 光強(qiáng)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(dòng)能大。 (3)定量分析時(shí)應(yīng)抓住三個(gè)關(guān)系式 愛因斯坦光電效應(yīng)方程:Ek=h-W0。 最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系:Ek=eUc。 逸出功與極限頻率的關(guān)系:W0=hc。,典例1(2016浙江4月選考,16,2分)(多選)

7、在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,采用極限頻率為0=5.51014 Hz的鈉做陰極,已知普朗克常量h=6.610-34 Js,電子質(zhì)量m=9.110-31 kg。用頻率=7.51014 Hz的紫光照射鈉陰極產(chǎn)生光電子的(AD) A.動(dòng)能的數(shù)量級(jí)為10-19 JB.速率的數(shù)量級(jí)為108 m/s C.動(dòng)量的數(shù)量級(jí)為10-27 kgm/sD.德布羅意波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)為10-9 m,解析根據(jù)Ek=h-W,W=h0,得:Ek=1.3210-19 J,A正確。由Ek=mv2,得v 5105 m/s,B錯(cuò)誤。動(dòng)量p=4.910-25 kgm/s,C錯(cuò)誤。由p=h/得 = m1.310-9 m,故D正確。,規(guī)律總結(jié) 應(yīng)用光電效應(yīng)

8、方程時(shí)的注意事項(xiàng) (1)每種金屬都有一個(gè)截止頻率,入射光頻率大于這個(gè)截止頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)。 (2)截止頻率是發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率,對(duì)應(yīng)著光的極限波長(zhǎng)和金屬的逸出功,即hc=W0。 (3)應(yīng)用光電效應(yīng)方程Ek=h-W0時(shí),注意能量單位電子伏和焦耳的換算 1eV=1.610-19J)。,1-1分別用波長(zhǎng)為和的單色光照射同一金屬板,逸出的光電子的最 大初動(dòng)能之比為1 2,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,則此金屬板的逸出功為(A) A.B.C.D.,:,解析設(shè)此金屬的逸出功為W0,根據(jù)光電效應(yīng)方程得: 當(dāng)用波長(zhǎng)為的光照射時(shí):Ek1=h -W0 當(dāng)用波長(zhǎng)為的光照射時(shí):Ek2=h-W0 又

9、Ek1Ek2=12 解得W=。 故選A。,1-22016課標(biāo),35(1),5分(多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí),有光電流產(chǎn)生。下列說法正確的是(ACE) A.保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,飽和光電流變大 B.入射光的頻率變高,飽和光電流變大 C.入射光的頻率變高,光電子的最大初動(dòng)能變大 D.保持入射光的光強(qiáng)不變,不斷減小入射光的頻率,始終有光電流產(chǎn)生 E.遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān),與入射光的光強(qiáng)無關(guān),解析保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子個(gè)數(shù)增加,則飽和光電流變大,故A正確。飽和光電流的大小與入射光的頻率無直接關(guān)系,故

10、B錯(cuò)。由Ek=h-W0,可知C正確。當(dāng)入射光的頻率小于金屬的極限頻率時(shí),光電效應(yīng)不能發(fā)生,故D錯(cuò)。由eUc=mv2= h-W0得eUc=h-W0,可見,遏止電壓Uc隨的增大而增大,與入射光的光強(qiáng)無關(guān),故E正確。,突破二光電效應(yīng)的圖像分析,典例2(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)用同一種材料在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光),如圖所示。則可判斷出(BCE) A.甲光的頻率大于乙光的頻率 B.乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng) C.甲光、乙光波長(zhǎng)相等 D.甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能 E.甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能等于乙光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能

11、,解析由eUc=m=h-W0知,入射光的頻率越高,對(duì)應(yīng)的遏止電壓Uc越 大。甲光、乙光對(duì)應(yīng)的遏止電壓相等,所以甲光、乙光的頻率相等,則用甲光與乙光照射而逸出的光電子的最大初動(dòng)能相等,A錯(cuò)誤,E正確;丙光對(duì)應(yīng)的遏止電壓大于乙光對(duì)應(yīng)的遏止電壓,所以丙光的頻率大于乙光的頻率,則乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng),B正確;甲光、乙光的頻率相等,則甲光、乙光波長(zhǎng)相等,C正確;丙光對(duì)應(yīng)的遏止電壓大于甲光對(duì)應(yīng)的遏止電壓,所以甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能小于丙光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能,D錯(cuò)誤。,2-1(多選)用某單色光照射金屬鈦表面,發(fā)生光電效應(yīng)。從鈦表面放出光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率的關(guān)系圖線如圖。則下列說法正確的

12、是(ABD) A.鈦的逸出功為6.6710-19 J B.鈦的極限頻率為1.01015 Hz C.光電子的最大初動(dòng)能為1.010-18 J D.由圖線可求得普朗克常量為6.6710-34 Js,解析根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=h-W0知,圖線的斜率表示普朗克常量,則h= Js=6.6710-34 Js,D正確;當(dāng)最大初動(dòng)能為零時(shí),入射光的頻率 等于金屬的極限頻率,則0=1.01015 Hz,可知逸出功W0=h0=6.6710-3411015 J=6.6710-19 J,A、B正確;入射光的頻率越大,光電子的最大初動(dòng)能越大,根據(jù)題圖無法得出光電子的最大初動(dòng)能,C錯(cuò)誤。,2-2(多選)圖甲是光電效應(yīng)的實(shí)

13、驗(yàn)裝置圖,圖乙是光電流與加在陰極K和陽極A上的電壓的關(guān)系圖像,下列說法正確的是(AB) A.由圖線、可知在光的顏色不變的情況下, 入射光越強(qiáng),飽和電流越大 B.由圖線、可知對(duì)某種確定的金屬來說, 其遏止電壓只由入射光的頻率決定 C.只要增大電壓,光電流就會(huì)一直增大 D.不論哪種顏色的入射光,只要光足夠強(qiáng),就能發(fā)生光電效應(yīng),解析由圖線、可知在光的顏色不變的情況下,入射光越強(qiáng),飽和電流越大,故A正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程知,Ekm=h-W0=eUc,可知入射光頻率越大,最大初動(dòng)能越大,遏止電壓越大,對(duì)于確定的金屬,遏止電壓只與入射光的頻率有關(guān),故B正確;增大電壓,當(dāng)電壓增大到一定值,光電流達(dá)到飽和,不

14、再增大,故C錯(cuò)誤;發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于截止頻率,與入射光的強(qiáng)度無關(guān),故D錯(cuò)誤。,突破三對(duì)波粒二象性的理解,1.對(duì)光的波粒二象性的理解,2.物質(zhì)波 (1)定義:任何運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與之對(duì)應(yīng),這種波叫做物質(zhì)波,也叫德布羅意波。 (2)物質(zhì)波的波長(zhǎng):=,h是普朗克常量。,典例3用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),把入射光減弱到可以認(rèn)為光源和感光膠片之間不可能同時(shí)有兩個(gè)光子存在,如圖所示是不同數(shù)量的光子照射到感光膠片上得到的照片。這些照片說明(D) A.光只有粒子性沒有波動(dòng)性 B.光只有波動(dòng)性沒有粒子性 C.少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性,大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性 D.少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性,

15、大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性,解析由這些照片可以看出,少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性,大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性,故D正確。,3-1(多選)關(guān)于光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的規(guī)律,下列說法正確的是 (BD) A.光電效應(yīng)中,金屬板向外發(fā)射的光電子又可以叫做光子 B.用光照射金屬不能發(fā)生光電效應(yīng)是因?yàn)樵撊肷涔獾念l率小于金屬的截止頻率 C.對(duì)于同種金屬而言,遏止電壓與入射光的頻率無關(guān) D.石墨對(duì)X射線散射時(shí),部分X射線的散射光波長(zhǎng)會(huì)變長(zhǎng),這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng),解析光電效應(yīng)中,金屬板向外發(fā)射的電子叫光電子,A錯(cuò)誤;用光照射金屬不能發(fā)生光電效應(yīng)是因?yàn)樵撊肷涔獾念l率小于金屬的截止頻率,B正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程h-W0=eUc可知,對(duì)于同種金屬而言(逸出功一樣),入射光的頻率越大,遏止電壓就越大,即遏止電壓與入射光的頻率有關(guān),C錯(cuò)誤;在石墨對(duì)X射線散射時(shí),部分X射線的散射光波長(zhǎng)會(huì)變長(zhǎng)的現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng),D正確。,