第36講光電效應波粒二象性,考點一,考點二,考點三,能量的量子化 核心知識整合 1.量子化假設 黑體的空腔壁由大量振子(振動著的帶電微粒)組成,其能量只能是某一最小能量值的,并以這個最小能量值為單位一份一份地吸收或輻射。 2.能量子 (1)定義:不可再分的最小能量值。 (2)關(guān)系式:=h,是,h是, h=6.6310-34 Js。,整數(shù)倍,電磁波的頻率,普朗克常量,考點一,考點二,考點三,關(guān)鍵能力提升 命題點一能量子 【例1】 以下宏觀概念,哪些是“量子化”的() A.木棒的長度B.物體的質(zhì)量 C.物體的動量D.學生的個數(shù),答案:D 解析:木棒的長度、物體的質(zhì)量、物體的動量都可以取任意數(shù)值,因而不是量子化的,而學生的個數(shù)只能是分立的數(shù)目,是量子化的。,考點一,考點二,考點三,【例2】 2017年初,我國研制的“大連光源”極紫外自由電子激光裝置,發(fā)出了波長在100 nm(1 nm=10-9 m)附近連續(xù)可調(diào)的極紫外激光脈沖,大連光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領域的研究中發(fā)揮重要作用。一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子,但又不會把分子打碎。據(jù)此判斷,能夠電離一個分子的能量約為(取普朗克常量h=6.610-34 Js,真空光速c=3108 m/s)() A.10-21 JB.10-18 J C.10-15 JD.10-12 J,答案:B 解析:=h= ,代入已知數(shù)據(jù)可得,=210-18 J。,考點一,考點二,考點三,方法技巧1.物體在輻射或吸收能量的時候,只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài),而不可能停留在不符合這些能量的任何一個中間狀態(tài)。 2.在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運動時我們可以認為,物體的運動是連續(xù)的,能量變化是連續(xù)的,不必考慮量子化;在研究微觀粒子時必須考慮能量量子化。,考點一,考點二,考點三,命題點二黑體與黑體輻射 【例3】 能正確解釋黑體輻射實驗規(guī)律的是() A.能量的連續(xù)經(jīng)典理論 B.普朗克提出的能量量子化理論 C.以上兩種理論體系任何一種都能解釋 D.牛頓提出的能量微粒說,答案:B 解析:根據(jù)黑體輻射的實驗規(guī)律,隨著溫度的升高,一方面各種波長的輻射強度都有增加;另一方面,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動,只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到滿意的解釋,B正確。,考點一,考點二,考點三,光的粒子性 核心知識整合 1.光電效應現(xiàn)象:在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象,叫,發(fā)射出來的電子叫。,光電效應,光電子,考點一,考點二,考點三,2.光電效應的實驗規(guī)律 (1)任何一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發(fā)生光電效應,這個極限頻率則不能發(fā)生光電效應。(均選填“大于”“小于”或“等于”) (2)光電子的最大初動能與入射光的無關(guān),隨入射光 的增大而增大。 (3)金屬受到光照,光電子的發(fā)射是瞬時的,一般不超過10-9 s。 (4)當入射光的頻率不變且大于極限頻率時,飽和光電流與入射光的成正比。,大于,小于,強度,頻率,強度,考點一,考點二,考點三,3.幾個重要的概念 (1)入射光強度:單位時間內(nèi)入射到金屬表面單位面積上的能量。在實驗中,入射光的頻率不變,因而入射光強度越大,光子數(shù)越多。 (2)光電流:指光電子在電路中形成的電流。光電流有最大值,未達到最大值以前,其大小和入射光強度、電壓都有關(guān);達到最大值以后,光電流和入射光強度成正比。 (3)飽和光電流:指在一定頻率與強度的光照射下的最大光電流,飽和光電流不隨電路中電壓的增大而增大。 4.愛因斯坦光電效應方程 (1)光子:愛因斯坦提出,空間傳播的光不是的,而是一份一份的,每一份稱為一個光子,光子具有的能量與光的成正比,即=,其中h=6.6310-34 Js,叫普朗克常量。 (2)愛因斯坦光電效應方程:h=Ek+W0或Ek=h-W0。,連續(xù),頻率,h,考點一,考點二,考點三,5.對光電效應規(guī)律的解釋 (1)存在極限頻率0:電子從金屬表面逸出,首先必須克服金屬原子核的引力做功W0,因而入射光子能量不小于W0,對應的頻率即極限頻率,(2)光電子的最大初動能隨著入射光頻率的增大而增大,與入射光強度無關(guān):電子吸收光子的能量后,一部分克服金屬內(nèi)部的阻礙作用做功,剩余部分轉(zhuǎn)化為電子的初動能,只有直接從金屬表面飛出的電子克服阻礙作用做功最少(逸出功W0),才具有最大初動能,對于確定的金屬,W0一定,故光電子的最大初動能只隨著入射光頻率的增大而增大。,考點一,考點二,考點三,(3)光電效應具有瞬時性:光照射金屬時,電子吸收一個光子的能量后,動能立即增大,不需要能量積累的過程。 (4)入射光強度越大飽和光電流越大:入射光較強時,包含的光子數(shù)較多,照射金屬時產(chǎn)生的光電子較多,因而飽和電流較大。,考點一,考點二,考點三,關(guān)鍵能力提升 命題點一光電效應實驗原理 【例4】 用一束紫外線照射某金屬時不能發(fā)生光電效應,可能使該金屬發(fā)生光電效應的措施是() A.改用紅光照射 B.改用X射線照射 C.改用強度更大的原紫外線照射 D.延長原紫外線的照射時間,答案,解析,考點一,考點二,考點三,【例5】 用強度相同的紅光和藍光分別照射同一種金屬,均能使該金屬發(fā)生光電效應。下列判斷正確的是() A.用紅光照射時,該金屬的逸出功小,用藍光照射時該金屬的逸出功大 B.用紅光照射時,該金屬的截止頻率低,用藍光照射時該金屬的截止頻率高 C.用紅光照射時,逸出光電子所需時間長,用藍光照射時逸出光電子所需時間短 D.用紅光照射時,逸出的光電子最大初動能小,用藍光照射時逸出的光電子最大初動能大,答案,解析,考點一,考點二,考點三,命題點二愛因斯坦光電效應方程 【例6】 (多選)在光電效應實驗中,分別用頻率為a、b的單色光a、b照射到同種金屬上,測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是() A.若ab,則一定有Uab,則一定有EkaEkb C.若Uab,則一定有ha-Ekahb-Ekb,答案,解析,考點一,考點二,考點三,【例7】 (多選)下圖是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點為4.27,與縱軸交點為0.5)。由圖可知() A.該金屬的截止頻率為4.271014 Hz B.該金屬的截止頻率為5.51014 Hz C.該圖線的斜率表示普朗克常量 D.該金屬的逸出功為0.5 eV,答案,解析,考點一,考點二,考點三,方法技巧光電效應常用四類圖象,考點一,考點二,考點三,考點一,考點二,考點三,命題點三康普頓效應 【例8】 (多選)(2017浙江寧波北侖中學期中)下列實驗中,深入地揭示了光的粒子性一面的有(),答案,解析,考點一,考點二,考點三,【例9】 (多選)美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時,發(fā)現(xiàn)光子除了具有能量之外還具有動量,被電子散射的X光子與入射的X光子相比() A.速度減小 B.頻率減小 C.波長減小 D.能量減小 易錯提醒康普頓效應證明光具有粒子性,X光散射后光子的動量 減小,碰撞前后光子速度保持光速不變,即頻率減小,光子能量h減小。,答案,解析,考點一,考點二,考點三,粒子的波動性 核心知識整合 1.光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有性。 (2)光電效應說明光具有性。 (3)光既具有波動性,又具有粒子性,稱為光的性。 2.物質(zhì)波 任何一個運動著的物體,小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對應,其波長 ,p為運動物體的,h為普朗克常量。,波動,粒子,波粒二象,動量,考點一,考點二,考點三,3.概率波 大量光子產(chǎn)生的效果顯示出,個別光子產(chǎn)生的效果顯示出,光波是,光子的行為服從規(guī)律,對于電子和其他微粒,由于同樣具有波粒二象性,所以它們的物質(zhì)波也是。 4.不確定性關(guān)系 在經(jīng)典力學中,一個質(zhì)點的位置和動量是可以同時測定的,在量子力學中,要同時測出微觀粒子的位置和動量是不可能的,我們把這種關(guān)系叫關(guān)系。,波動性,粒子性,概率波,統(tǒng)計,概率波,不確定性,考點一,考點二,考點三,關(guān)鍵能力提升 命題點一物質(zhì)波 【例10】 (2017浙江寧波諾丁漢大學附屬中學期末)一個德布羅意波長為1的中子和另一個德布羅意波長為2的氘核同向正碰后結(jié)合成一個氚核,該氚核的德布羅意波長為(),答案,解析,考點一,考點二,考點三,命題點二概率波 【例11】 用很弱的光做雙縫干涉實驗,把入射光減弱到可以認為光源和感光膠片之間不可能同時有兩個光子存在,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() A.光只有粒子性沒有波動性 B.光只有波動性沒有粒子性 C.少量光子的運動顯示波動性,大量光子的運動顯示粒子性 D.少量光子的運動顯示粒子性,大量光子的運動顯示波動性,答案,解析,考點一,考點二,考點三,【例12】 (多選)在單縫衍射實驗中,中央亮條紋的光強占從單縫射入的整個光強的95%以上,假設現(xiàn)在只讓一個光子通過單縫,那么該光子() A.一定落在中央亮條紋處 B.一定落在亮條紋處 C.可能落在暗條紋處 D.落在中央亮條紋處的可能性最大,答案,解析,1,2,3,4,5,1.(多選)(2018浙江湖州期末)下列說法正確是() A.電子的衍射圖樣說明光的波動性 B.粒子散射實驗證實原子核由質(zhì)子、中子組成 C.德布羅意波和光波都是概率波 D.康普頓效應和光電效應深入揭示了光的粒子性,答案,解析,1,2,3,4,5,2.(多選)(2018浙江杭州預測)關(guān)于近代物理實驗,下列說法正確的有() A.光電效應實驗中,一定顏色的可以產(chǎn)生光電效應的光,入射光越強,單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多 B.在光電效應實驗中,入射光的頻率大于截止頻率時不發(fā)生光電效應 C.康普頓效應表明,光子除了具有能量之外還具有動量 D.一個電子和一個質(zhì)子具有同樣的動能時,質(zhì)子的德布羅意波波長更長,答案,解析,1,2,3,4,5,3.(多選)(2018浙江11月選考)處于較高能級的氫原子向較低能級躍遷時,能輻射出a、b兩種可見光,a光照射某金屬表面時有光電子逸出,b光照射該金屬表面時沒有光電子逸出,則() A.以相同的入射角射向一平行玻璃磚,a光的側(cè)移量小于b光的 B.垂直入射到同一單縫衍射裝置,a光的衍射中央亮條紋寬度小于b光的 C.a光和b光的頻率之比可能是 D.a光子的動量大于b光子的,答案,解析,1,2,3,4,5,4.某激光器能發(fā)射波長為的激光,發(fā)射功率為P,c表示光速,h表示普朗克常量,則激光器每分鐘發(fā)射的光子數(shù)為 (),答案,解析,1,2,3,4,5,5.如圖甲所示,合上開關(guān),用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極K,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。調(diào)節(jié)滑動變阻器,發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60 V時,電流表計數(shù)仍不為零,當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時,電流表讀數(shù)為零。把電路改為圖乙,當電壓表讀數(shù)為2 V時,則逸出功及電子到達陽極時的最大動能為() A.1.5 eV0.6 eVB.1.7 eV1.9 eV C.1.9 eV2.6 eVD.3.1 eV4.5 eV,答案,解析,