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第 二 章 波粒二象性,知識(shí)點(diǎn)1 光電效應(yīng) Ⅰ 【思維激活1】(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( ) 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(kāi)一個(gè)角度 D.鋅板帶負(fù)電,【解析】選B、C。用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應(yīng)的,鋅板上的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出,稱之為光電子,故A錯(cuò)誤、B正確;鋅板與驗(yàn)電器相連,帶有相同電性的電荷,鋅板失去電子應(yīng)該帶正電,且失去電子越多,帶正電的電荷量越多,驗(yàn)電器指針張角越大,故C正確、D錯(cuò)誤。,【知識(shí)梳理】 1.定義：照射到金屬表面的光,能使金屬中的_____從表面逸 出的現(xiàn)象。 2.光電子：_________中發(fā)射出來(lái)的電子。 3.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_____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_____無(wú)關(guān),只隨入射光頻 率的增大而_____。,電子,光電效應(yīng),大于,強(qiáng)度,增大,(3)光電效應(yīng)的發(fā)生___________的,一般不超過(guò)10-9s。 (4)當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí),飽和光電流的強(qiáng)度與 入射光的強(qiáng)度成_____。,幾乎是瞬時(shí),正比,知識(shí)點(diǎn)2 愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程 Ⅰ 【思維激活2】(2012·上海高考)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,用單色光照射某種金屬表面,有光電子逸出,則光電子的最大初動(dòng)能取決于入射光的( ) A.頻率 B.強(qiáng)度 C.照射時(shí)間 D.光子數(shù)目,【解析】選A。根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,當(dāng)金屬的極限頻率確定時(shí),光電子的最大初動(dòng)能取決于入射光的頻率,與光照強(qiáng)度、照射時(shí)間、光子數(shù)目無(wú)關(guān),選項(xiàng)A對(duì),B、C、D錯(cuò)。,【知識(shí)梳理】 1.光子說(shuō)：在空間傳播的光是不連續(xù)的,而是一份一份的,每一 份叫作一個(gè)光的能量子,簡(jiǎn)稱光子,光子的能量ε=____。其中 h=6.63×10-34J·s。(稱為普朗克常量) 2.逸出功W0：使電子脫離某種金屬所做功的_______。 3.最大初動(dòng)能：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),金屬表面上的_____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。,hν,最小值,電子,4.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程： (1)表達(dá)式：Ek=hν-__。 (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 hν,這些能量的一部分用來(lái)克服金屬的________,剩下的表 現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動(dòng)能Ek=________。,W0,逸出功W0,5.對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋：,增大,積累能量,光電子,【微點(diǎn)撥】 1.對(duì)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(jiàn)光,也包括不可見(jiàn)光。 (3)逸出功的大小由金屬本身決定,與入射光無(wú)關(guān)。 (4)光電子不是光子,而是電子。 2.波粒二象性的三個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)： (1)光子表現(xiàn)為波動(dòng)性,并不否認(rèn)光具有粒子性。 (2)宏觀物體也具有波動(dòng)性。 (3)微觀粒子的波動(dòng)性與機(jī)械波不同,微觀粒子的波是概率波。,考點(diǎn)1 光電效應(yīng)規(guī)律的理解 區(qū)分光電效應(yīng)中的五組概念 1.光子與光電子：光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量,光子不帶電;光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來(lái)的電子,其本質(zhì)是電子。光子是光電效應(yīng)的因,光電子是果。,深化 理解,2.光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能：光照射到金屬表面時(shí),電子吸收光子的全部能量,可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng),需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量,剩余部分為光電子的初動(dòng)能;只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí),只需克服原子核的引力做功的情況,才具有最大初動(dòng)能。光電子的初動(dòng)能小于等于光電子的最大初動(dòng)能。,3.光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)陽(yáng)極,回路中便產(chǎn)生光電流,隨著所加正向電壓的增大,光電流趨于一個(gè)飽和值,這個(gè)飽和值是飽和光電流,在一定的光照條件下,飽和光電流與所加電壓大小無(wú)關(guān)。 4.入射光強(qiáng)度與光子能量：入射光強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量。 5.光的強(qiáng)度與飽和光電流：飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比的規(guī)律是對(duì)頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的,對(duì)于不同頻率的光,由于每個(gè)光子的能量不同,飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒(méi)有簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。,【題組通關(guān)方案】 【典題1】入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng),若入射光的強(qiáng)度減弱,而頻率保持不變,則( ) A.從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加 B.逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小 C.單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少 D.有可能不發(fā)生光電效應(yīng),【典題解析】選C。光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的,一般不超過(guò)10-9s,且與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),A錯(cuò);光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),只隨著入射光頻率的增大而增大,入射光的強(qiáng)度減弱而頻率保持不變,逸出的光電子的最大初動(dòng)能將不變,B錯(cuò);光強(qiáng)減弱,單位時(shí)間內(nèi)入射的光子數(shù)減少,則單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少,C對(duì);只要入射光的頻率大于極限頻率就能產(chǎn)生光電效應(yīng),入射光只是強(qiáng)度減弱而頻率保持不變,故仍能發(fā)生光電效應(yīng),D錯(cuò)。,【典題2】(2012·江蘇高考)A、B兩種光子的能量之比為2∶1,它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng),且所產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能分別為EA、EB。求A、B兩種光子的動(dòng)量之比和該金屬的逸出功。,【典題解析】光子能量ε=hν, 動(dòng)量p= 且ν= 得p= 則pA∶pB=2∶1 A照射時(shí),光電子的最大初動(dòng)能 EA=εA-W0。 同理,EB=εB-W0, 解得W0=EA-2EB 答案：2∶1 EA-2EB,【加固訓(xùn)練】 1.硅光電池是利用光電效應(yīng)原理制成的器件,下列表述正確的是( ) A.硅光電池是把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置 B.硅光電池中吸收了光子能量的電子都能逸出 C.逸出的光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率無(wú)關(guān) D.任意頻率的光照射到硅光電池上都能產(chǎn)生光電效應(yīng),【解析】選A。光電效應(yīng)是光(包括不可見(jiàn)光)照射金屬使其逸出電子的現(xiàn)象,因此,硅光電池是把光能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置,A正確。根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律知,大于極限頻率的光才能被金屬中的電子吸收而發(fā)生光電效應(yīng),跑向金屬內(nèi)部的電子并不能飛出金屬,B、D錯(cuò)誤。光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大,C錯(cuò)誤。,2.已知金屬銫的極限波長(zhǎng)為0.66μm,用0.50μm的光照射銫金屬表面時(shí)發(fā)射光電子的最大初動(dòng)能為多少焦耳?銫金屬的逸出功為多少焦耳?(普朗克常量h=6.63×10-34J·s),【解析】金屬銫發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率ν0= 金屬銫的逸出功 W=hν0= =6.63×10-34× ≈3×10-19 J 由光電效應(yīng)方程 Ek=hν-W0= =6.63×10-34×3×108× =9.6×10-20 J 答案：9.6×10-20 J 3×10-19 J,【學(xué)科素養(yǎng)升華】 光電效應(yīng)的兩個(gè)決定關(guān)系 (1)逸出功W0一定時(shí),入射光的頻率決定著能否產(chǎn)生光電效應(yīng)以及光電子的最大初動(dòng)能。 (2)入射光的頻率一定時(shí),入射光的強(qiáng)度決定著單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出來(lái)的光電子數(shù)。,考點(diǎn)2 光電效應(yīng)的圖像分析,對(duì)比 分析,【題組通關(guān)方案】 【典題3】(2011·福建高考)愛(ài)因斯坦因提出 了光量子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而 獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。某種金屬逸出光 電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如 圖所示,其中ν0為極限頻率。從圖中可以確定 的是( ) A.逸出功與ν有關(guān) B.Ekm與入射光強(qiáng)度成正比 C.當(dāng)νν0時(shí),會(huì)逸出光電子 D.圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān),【典題解析】選D。金屬的逸出功與入射光的頻率ν無(wú)關(guān),只與極限頻率ν0有關(guān),A錯(cuò);光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān),與入射光的頻率和金屬的逸出功有關(guān),B錯(cuò);當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率,不能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象,C錯(cuò);據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,圖像的斜率即為普朗克常量,D對(duì)。,【典題4】(2013·浙江高考)小明用金屬銣為陰極的光電管觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示。已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s。,(1)圖甲中電極A為光電管的 (選填“陰極”或“陽(yáng)極”); (2)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示,則銣的截止頻率νc= Hz,逸出功W0= J; (3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν=7.00×1014Hz,則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek= J。,【典題解析】(1)由光電管的結(jié)構(gòu)知,A為陽(yáng)極。 (2)Uc-ν圖像中橫軸的截距表示截止頻率,νc=5.14×1014Hz,逸出功W0=hνc=6.63×10-34×5.14×1014J=3.41×10-19J。 (3)由愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0=6.63×10-34 ×7.00×1014J-3.41×10-19J=1.23×10-19J。 答案：(1)陽(yáng)極 (2)(5.12～5.18)×1014 (3.39～3.43)×10-19 (3)(1.21～1.25)×10-19,【加固訓(xùn)練】 1.研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,以頻率為ν的光照射光電管陰極K時(shí),有光電子產(chǎn)生。由于光電管K、A間加的是反向電壓,光電子從陰極K發(fā)射后將向陽(yáng)極A做減速運(yùn)動(dòng)。光電流i由圖中電流計(jì)G測(cè)出。反向電壓U由電壓表V測(cè)出,且遏止電壓為U0。在下列表示光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的圖像中,錯(cuò)誤的是( ),【解析】選B。當(dāng)反向電壓U和入射光頻率ν一定時(shí),光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子數(shù)與光強(qiáng)成正比,則單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)陽(yáng)極A的光電子數(shù)與光強(qiáng)也成正比,故光電流i與光強(qiáng)I成正比,所以選項(xiàng)A正確。由動(dòng)能定理得-eU0=0-Ek,又因Ek=hν-W0,所以可知遏止電壓U0與頻率ν是線性關(guān)系,但不是正比例關(guān)系,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤。當(dāng)光強(qiáng)與入射光頻率一定時(shí),單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)及其最大初動(dòng)能是一定的,所形成的光電流強(qiáng)度會(huì)隨反向電壓的增大而減小,選項(xiàng)C正確。根據(jù)光電效應(yīng)的瞬時(shí)性規(guī)律,可知選項(xiàng)D正確。,2.從1907年起,美國(guó)物理學(xué)家密立根開(kāi)始以精湛的技術(shù)測(cè)量光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量。他通過(guò)如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν,作出Uc-ν的圖像,由此算出普朗克常量h,并與普朗克根據(jù)黑體輻射測(cè)出的h相比較,以檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦方程的正確性。圖中頻率ν1、ν2,遏止電壓Uc1、Uc2及電子的電荷量e均為已知,求： (1)普朗克常量h; (2)該金屬的截止頻率ν0。,【解析】根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0及動(dòng)能定理 eUc=Ek得Uc= 結(jié)合圖像知 普朗克常量 答案：,【學(xué)科素養(yǎng)升華】 光電效應(yīng)中有關(guān)圖像問(wèn)題的解題方法 (1)明確圖像中縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)所表示的物理量。 (2)明確圖像所表示的物理意義及所對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系,同時(shí)還要知道截距、交點(diǎn)等特殊點(diǎn)的意義。例如, ①Ekm-ν圖像,表示了光電子的最大初動(dòng)能Ekm隨入射光頻率ν的變化曲線,圖甲中橫軸上的截距是陰極金屬的極限頻率,縱軸上的截距表示了陰極金屬的逸出功負(fù)值,直線的斜率為普朗克常量,圖像的函數(shù)式：Ek= hν-W0。,②光電效應(yīng)中的U-I圖像,是光電流強(qiáng)度I隨兩極板間電壓U的變化曲線,圖乙中的Im是飽和光電流,Uc為遏止電壓。,