,第十一章動量近代物理,第3講光電效應(yīng)波粒二象性,大一輪復(fù)習(xí)講義,NEIRONGSUOYIN,內(nèi)容索引,過好雙基關(guān),研透命題點(diǎn),隨堂測試,回扣基礎(chǔ)知識 訓(xùn)練基礎(chǔ)題目,細(xì)研考綱和真題 分析突破命題點(diǎn),隨堂檢測 檢測課堂學(xué)習(xí)效果,課時作業(yè),限時訓(xùn)練 練規(guī)范 練速度,過好雙基關(guān),一、普朗克能量子假說黑體與黑體輻射,1.黑體與黑體輻射 (1)黑體：如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生 ，這種物體就是絕對黑體. (2)黑體輻射：輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體 的 有關(guān)，如圖1所示.,圖1,2.普朗克能量子假說 當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時，是以最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的，這個最小能量值叫做 . .,反射,溫度,能量子,h,二、光電效應(yīng)及其規(guī)律,1.光電效應(yīng)現(xiàn)象 在光的照射下，金屬中的 從表面逸出的現(xiàn)象，發(fā)射出來的電子叫 . 2.光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件 入射光的頻率 金屬的極限頻率. 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). (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,光電子,大于等于,大于等于,強(qiáng)度,增大,(3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過109 s. (4)當(dāng)入射光的頻率大于等于極限頻率時，飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成 . 4.愛因斯坦光電效應(yīng)方程 (1)光子說：光的能量不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子，光子的能量 . (2)逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的 . (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.,正比,h,最小值,電子,(4)光電效應(yīng)方程 表達(dá)式：hEkW0或Ek . 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逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動能Ek.,hW0,自測1(多選)如圖2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,圖2,三、光的波粒二象性物質(zhì)波,1.光的波粒二象性 (1)波動性：光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有 性. (2)粒子性：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)說明光具有 性. (3)光既具有 性，又具有 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)動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達(dá)概率 的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率 的地方，因此光波又叫概率波.,波動,粒子,波動,粒子,大,小,(2)物質(zhì)波 任何一個運(yùn)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(yīng)，其波長 ，p為運(yùn)動物體的動量，h為普朗克常量.,自測2有關(guān)光的本性，下列說法正確的是 A.光既具有波動性，又具有粒子性，兩種性質(zhì)是不相容的 B.光的波動性類似于機(jī)械波，光的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn) C.大量光子才具有波動性，個別光子只具有粒子性 D.由于光既具有波動性，又具有粒子性，無法只用其中一種性質(zhì)去說明光的 一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性,研透命題點(diǎn),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.,命題點(diǎn)一光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,2.光電效應(yīng)的研究思路 (1)兩條線索：,例1(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 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)生光電效應(yīng) D.改用頻率大于的光照射，光電子的最大初動能變大,解析增大入射光強(qiáng)度，單位時間內(nèi)照射到單位面積上的光子數(shù)增加，則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加，則光電流增大，故選項(xiàng)A正確； 光電效應(yīng)是否發(fā)生取決于入射光的頻率，而與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故選項(xiàng)B錯誤； 用頻率為的光照射光電管陰極，發(fā)生光電效應(yīng)，用頻率較小的光照射時，若光的頻率仍大于等于極限頻率，則仍會發(fā)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)C錯誤； 根據(jù)hW0Ek可知，增大入射光頻率，光電子的最大初動能也增大，故選項(xiàng)D正確.,變式1(多選)(2017蘇錫常鎮(zhèn)四市調(diào)研)圖3是研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，用一定頻率的光照射陰極K，當(dāng)滑片P處于圖示位置時，電流表的示數(shù)不為零.為使電流表示數(shù)減小，下列辦法可行的是 A.將滑片P向右移動 B.減小入射光的強(qiáng)度 C.換用電動勢更大的電源 D.將電源的正、負(fù)極對調(diào),圖3,命題點(diǎn)二光電效應(yīng)方程的理解與應(yīng)用,三個關(guān)系 1.愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0. 2.光電子的最大初動能Ek可以利用光電管用實(shí)驗(yàn)的方法測得，即EkeUc，其中Uc是遏止電壓. 3.光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功，它與極限頻率c的關(guān)系是W0hc.,例2(2018江蘇單科12C(2)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用波長為0的單色光A照射某金屬板時，剛好有光電子從金屬表面逸出.當(dāng)波長為的單色光B照射該金屬板時， 光電子的最大初動能為 ，A、B兩種光子的動量之比為 .(已知普朗克常 量為h，光速為c),12,變式2(2018南京市三模)如圖4所示，當(dāng)開關(guān)K斷開時，用光子能量為2.8 eV 的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零.合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.70 V時，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等 于0.70 V時，電流表讀數(shù)為零.由此可知陰極材料的逸出功為 eV；若將照射 到陰極P上的該光的照射強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍，則遏止電壓為 V.,圖4,2.1,0.70,命題點(diǎn)三光電效應(yīng)的圖象問題,四類圖象,例3(2018南通市、泰州市一模)利用如圖5甲所示電路研究光電效應(yīng)中金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系，描繪出圖乙中的圖象，由此算出普朗克常量h.圖乙中U1、1、0均已知，電子電荷量用e表示.當(dāng)入射光的頻率增大時，為了測定遏止電壓，滑動變阻器的滑片P應(yīng)向 (選填“M”或“N”)端移動，由 Uc圖象可求得普朗克常量h (用題中字母表示).,圖5,N,變式3(2018鹽城市三模)光照射某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)時，實(shí)驗(yàn)測得光電子最大初動能與照射光頻率的圖象如圖6所示，其中圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為 5.51014 Hz.用一束波長范圍為4.01079.0107 m的可見光照射該金屬時， 則光電子的最大初動能 .(已知普朗克常量為h6.61034 Js),圖6,1.321019 J,解析由題知，該金屬的極限頻率05.51014 Hz，又c，則Ekmhh0h h01.321019 J,命題點(diǎn)四光的波粒二象性物質(zhì)波,光既有波動性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機(jī)的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為： (1)從數(shù)量上看：個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性. (2)從頻率上看：頻率越低波動性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象. (3)從傳播與作用上看：光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)為粒子性.,(4)波動性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量Eh、光子的動量表達(dá)式p 也可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的能量和動量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量頻率和波長. (5)理解光的波粒二象性時不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀概念中的粒子.,例4(2018蘇錫常鎮(zhèn)二模)一種發(fā)光器，能發(fā)出頻率為、功率為P的高純度和高亮度的光，當(dāng)該光垂直照射到某純黑物體表面時能被完全吸收.已知真空中 光速為c，普朗克常量為h，則該光發(fā)出的光子的動量為 ，純黑物體受到該 光的壓力為 .,變式4(2018南通市等七市三模)我國計(jì)劃在南京建立國際領(lǐng)先的大科學(xué)工程裝置“強(qiáng)流高亮度超導(dǎo)質(zhì)子源”.超導(dǎo)直線加速器將質(zhì)子加速至0.9倍光速以上，加速過程中，質(zhì)子的能量增加，則質(zhì)子的質(zhì)量 (選填“增大”“不變”或“減小”)，其物質(zhì)波波長 (選填“增大”“不變”或“減小”).,增大,減小,隨堂測試,1.(2018揚(yáng)州中學(xué)下學(xué)期開學(xué)考)如圖7所示，在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時，驗(yàn)電器的指針就張開一個角度，如圖所示，這時 A.金屬內(nèi)的每個電子可以吸收一個或一個以上 的光子，當(dāng)它積累的動能足夠大時，就能逸 出金屬 B.鋅板帶正電，指針帶正電 C.鋅板帶負(fù)電，指針帶正電 D.若僅減弱照射光的強(qiáng)度，則可能不再有光電子飛出,1,2,3,4,圖7,5,2.(多選)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有 A.光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性 B.熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性 C.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動性解釋 D.動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長也相等,1,2,3,4,5,解析光電效應(yīng)說明光的粒子性，所以A正確； 熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣，即運(yùn)動的實(shí)物粒子具有波的特性，即說明中子具有波動性，所以B正確； 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律說明電磁輻射具有量子化，即黑體輻射是不連續(xù)的、一份一份的，所以黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的粒子性解釋，所以C錯誤；,1,2,3,4,根據(jù)德布羅意波長公式 ，p22mEk，又質(zhì)子的質(zhì)量大于電子的質(zhì)量，所以動能相等的質(zhì)子和電子，質(zhì)子的德布羅意波長較短，所以D錯誤.,5,3.(2018鹽城中學(xué)4月檢測)用如圖8所示電路研究光電效應(yīng)規(guī)律，圖中標(biāo)有A和K的為光電管，其中K為陰極，A為陽極，理想電流計(jì)可檢測通過光電管的電流，理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓.現(xiàn)接通電源，用光子能量為10.5 eV的光照射陰極K，電流計(jì)中有示數(shù)，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計(jì)的讀數(shù)逐漸減小，當(dāng)滑至某一位置時電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零，讀出此時電壓表的示數(shù)為6.0 V；現(xiàn)保持滑片P位置不變，光電管陰極材料的逸出功為 ，若此時增大入射光的強(qiáng)度，電流計(jì)的讀數(shù) (填“為零”或“不為零”).,1,2,3,4,圖8,4.5 eV,為零,5,4.(2018如皋市期初)用如圖9甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象.閉合開關(guān)S，用頻率為的光照射光電管時發(fā)生了光電效應(yīng).圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時光電子的最大初動能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖象，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(a，0)，與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(0，b)，下列說法中正確的是 A.普朗克常量為h B.斷開開關(guān)S后，電流表G的示數(shù)不為零 C.僅增加照射光的強(qiáng)度，光電子的最大初 動能將增大 D.保持照射光強(qiáng)度不變，僅提高照射光頻 率，電流表G的示數(shù)保持不變,1,2,3,4,圖9,5,解析根據(jù)EkhW0得，Ek圖象的斜率表示普朗克常量，故h ，故A錯誤； 開關(guān)S斷開后，因光電效應(yīng)現(xiàn)象中，光電子存在最大初動能，因此電流表G的示數(shù)不為零，故B正確； 根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)度無關(guān)，故C錯誤； 若保持照射光強(qiáng)度不變，僅提高照射光頻率，則光子數(shù)目減小，那么電流表G的示數(shù)會減小，故D錯誤.,1,2,3,4,5,5.(2016江蘇單科12C(2)已知光速為c，普朗克常數(shù)為h，則頻率為的光子的 動量為 ，用該頻率的光垂直照射平面鏡，光被鏡面全部垂直反射回去，則 光子在反射前后動量改變量的大小為 .,1,2,3,4,5,課時作業(yè),1.(2018徐州三中月考)用光照射某種金屬，有光電子從金屬表面逸出，如果光的頻率不變，而減弱光的強(qiáng)度，則 A.逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動能不變 B.逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動能減小 C.逸出的光電子數(shù)不變，光電子的最大初動能減小 D.光的強(qiáng)度減弱到某一數(shù)值，就沒有光電子逸出了,雙基鞏固練,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析光的頻率不變，表示光子能量不變，光的強(qiáng)度減弱，仍會有光電子從該金屬表面逸出，逸出的光電子的最大初動能也不變，逸出的光電子數(shù)減少，選項(xiàng)A正確，B、C、D錯誤.,2.(2018黃橋中學(xué)模擬)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(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1所示.則可判斷出 A.甲光的頻率大于乙光的頻率 B.乙光的波長大于丙光的波長 C.乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率 D.甲光的強(qiáng)度等于乙光的強(qiáng)度,圖1,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析由于是同一光電管，因而不論對哪種光，截止頻率和金屬的逸出功均相同，由題圖可知，甲、乙兩種光的遏止電壓相同，因而頻率相同，且甲光的強(qiáng)度大于乙光的強(qiáng)度，故A、C、D錯誤； 由題圖可知，丙光的遏止電壓較大，因而丙光的頻率較高，波長較短，故B正確.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,3.(多選)用如圖2所示的光電管研究光電效應(yīng)，用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn).而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么 A.a光的頻率一定大于b光的頻率 B.只增加a光的強(qiáng)度可使通過電流計(jì)G的電流增大 C.增加b光的強(qiáng)度可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) D.用a光照射光電管陰極K時通過電流計(jì)G的電流是由d到c,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,圖2,4.(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(yīng)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UaUb B.若ab，則一定有EkaEkb C.若UaUb，則一定有EkaEkb D.若ab，則一定有haEkahbEkb,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得，EkmhW0，由動能定理得，EkmeU，用a、b單色光照射同種金屬時，逸出功W0相同.當(dāng)ab時，一定有EkaEkb，UaUb，故選項(xiàng)A錯誤，B正確； 若UaUb，則一定有EkaEkb，故選項(xiàng)C正確； 因逸出功相同，有W0haEkahbEkb，故選項(xiàng)D錯誤.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,5.(2018江蘇省高考壓軸沖刺卷)質(zhì)量為m的粒子原來的速度為v，現(xiàn)將粒子的速度增大為2v，則該粒子的物質(zhì)波的波長將(粒子的質(zhì)量保持不變) A.保持不變 B.變?yōu)樵瓉聿ㄩL的4倍 C.變?yōu)樵瓉聿ㄩL的一半 D.變?yōu)樵瓉聿ㄩL的2倍,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,6.(2018第二次全國大聯(lián)考(江蘇卷)在研究光電效應(yīng)中入射光的頻率、強(qiáng)弱與光電子發(fā)射情況的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)光電流與電壓的關(guān)系如圖3所示，由圖可知， (選填“甲”或“乙”)光的頻率高， (選填“甲”或“丙”)光的強(qiáng)度大.,乙,甲,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,圖3,解析根據(jù)光電效應(yīng)方程，可得光電子的最大初動能為EkhW0，頻率越高，則最大初動能越大，遏止電壓越高，由Uc1大于Uc2，可得乙光的頻率高；發(fā)生光電效應(yīng)時，光照強(qiáng)度越強(qiáng)，光電流越大，由題圖知，甲光的強(qiáng)度大.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,7.(2018江蘇百校12月大聯(lián)考)光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)時，實(shí)驗(yàn)測得光電子的最大初動能與照射光頻率的圖象如圖4所示，其中圖線與橫軸交點(diǎn)坐標(biāo)為0，則該金屬的逸出功為 .用一束波長范圍為12(1<2)的光照射該金屬時發(fā) 生光電效應(yīng)，則光電子的最大初動能為 (已知普朗克常量為h，光在真 空中傳播速度為c).,綜合提升練,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,圖4,h0,8.(2018江蘇省高考壓軸卷)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5甲所示.已知普朗克常量h6.631034 Js.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,圖5,(1)圖甲中電極A為光電管的 .(填“陰極”或“陽極”)；,陽極,解析電路圖為利用光電管產(chǎn)生光電流的實(shí)驗(yàn)電路，光電子從K極發(fā)射出來，故K為光電管的陰極，A為光電管的陽極.,(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；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,5.15(5.125.18)1014,3.41(3.393.43)1019,解析遏止電壓對光電子做負(fù)功，有eUcEkhW0，結(jié)合圖象，當(dāng)Uc0時，截止頻率c5.151014 Hz，故逸出功W0hc3.411019 J.,(3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率7.001014 Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek J.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1.23(1.211.25)1019,解析光電子的最大初動能EkhW0hhc1.231019 J.,9.(2018運(yùn)河中學(xué)4月模擬)(1)圖6是兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的圖象，其中兩種溫度大小關(guān)系為T1 T2(選填“大于”“小于”或“等于”)；,圖6圖7,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,大于,解析黑體輻射以輻射電磁波的形式向外輻射能量，溫度越高，輻射強(qiáng)度越大，并且向波長較短的方向移動，根據(jù)題圖圖象知T1T2；,(2)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用三種入射光(甲光、乙光、丙光)照射同一光電管得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線，如圖7所示.則可判斷出甲光照射下逸出的光電子最大初動能 丙光照射下逸出的光電子最大初動能.(選填“大于”“小于”或“等于”),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,小于,解析甲光的遏止電壓小于丙光的遏止電壓，所以甲光對應(yīng)的光電子的最大初動能小于丙光對應(yīng)的光電子的最大初動能.,10.(2018如皋市模擬四)如圖8，一光電管的陰極K用截止頻率為的金屬銫制成，光電管陽極A和陰極K之間的正向電壓為U.用波長為的單色光射向陰極，產(chǎn)生了光電流.已知普朗克常量為h，電子電荷量為e，真空中的光速為c.求： (1)金屬銫的逸出功W；,圖8,答案h,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析金屬銫的逸出功Wh.,(2)光電子到達(dá)陽極的最大動能Ek.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,根據(jù)動能定理得，eUEkEkm，,