第3講 光電效應(yīng) 波粒二象性 一 光電效應(yīng) 1 光電效應(yīng)的現(xiàn)象 電子 光電子 正電 在光的照射下物體發(fā)射 的現(xiàn)象叫光電效應(yīng) 發(fā)射出來(lái)的電子叫 如圖13 3 1所示的裝置中 用弧光燈照射鋅板 有電子從鋅板表面飛出 使原來(lái)不帶電的驗(yàn)電器帶 圖13 3 1 2 光電效應(yīng)的規(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)頻率不能產(chǎn)生光電 效應(yīng) 大于 強(qiáng)度 增大 幾乎瞬時(shí) 強(qiáng)度 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 3 光電效應(yīng)的發(fā)生 的 一般不超過(guò)10 9 s 4 當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí) 飽和光電流的強(qiáng)度與入射光的 成正比 3 愛(ài)因斯坦的光子說(shuō) 光的能量不是 的 而是一份一份的 每一份叫做一個(gè) 光子的能量E跟光的頻率 成 E h是普朗克常量 4 愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程 連續(xù) 光子 正比 h 1 最大初動(dòng)能和逸出功金屬表面的電子吸收光子后 克服金屬原子核的引力做功 直接從金屬表面逸出的電子所具有的最大動(dòng)能稱為最大初動(dòng)能Ek 克服金屬原子核的引力逃逸出成為光電子所做的功的最小 值叫逸出功W0 Ek h W0 2 光電效應(yīng)方程 h 極限 W0 基礎(chǔ)檢測(cè) 1 多選 2015年廣東湛江一中模擬 用如圖13 3 2所示的光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中 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(shí) 電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn) 那么 圖13 3 2 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(guò)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(shí)通過(guò)電流計(jì)G的電流是由 d到c 答案 AB 二 光的波粒二象性與物質(zhì)波 1 光的波粒二象性 波動(dòng) 粒子 波粒二象 1 光的干涉 衍射 偏振現(xiàn)象證明光具有 性 2 光電效應(yīng)說(shuō)明光具有 性 3 光既具有波動(dòng)性 又具有粒子性 稱為光的 性 2 物質(zhì)波 1 概率波 大 小 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 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 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 基礎(chǔ)檢測(cè) 2 多選 2015年河北唐山調(diào)研 下列說(shuō)法正確的是 A 盧瑟福通過(guò) 粒子散射實(shí)驗(yàn)建立了原子核式結(jié)構(gòu)模型B 宏觀物體的物質(zhì)波波長(zhǎng)非常大 極易觀察到它的波動(dòng)性C 愛(ài)因斯坦在對(duì)光電效應(yīng)的研究中 提出了光子說(shuō)D 對(duì)于任何一種金屬都存在一個(gè) 最大波長(zhǎng) 入射光的波長(zhǎng)必須小于這個(gè)波長(zhǎng) 才能產(chǎn)生光電效應(yīng)答案 ACD 考點(diǎn)1光電效應(yīng)及其方程 重點(diǎn)歸納 1 用圖象表示光電效應(yīng)方程 1 最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率 的關(guān)系如圖13 3 3所示 圖13 3 3 2 由圖線可以得到的物理量 極限頻率 圖線與 軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo) 0 逸出功 圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值W0 普朗克常量 圖線的斜率k h 2 光電效應(yīng)的研究思路 1 兩條線索 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 典例剖析例1 2014年上海卷 在光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中 與光的 波動(dòng)理論不矛盾的是 A 光電效應(yīng)是瞬時(shí)發(fā)生的B 所有金屬都存在極限頻率C 光電流隨著入射光增強(qiáng)而變大D 入射光頻率越大 光電子最大初動(dòng)能越大 解析 光具有波粒二象性 既具有波動(dòng)性又具有粒子性 光電效應(yīng)證實(shí)了光的粒子性 因?yàn)楣庾拥哪芰渴且环菀环莸?不能積累 所以光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性 這與光的波動(dòng)性矛盾 A項(xiàng)錯(cuò)誤 同理 因?yàn)楣庾拥哪芰坎荒芊e累 所以只有當(dāng)光子的頻率大于金屬的極限頻率時(shí) 才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng) B項(xiàng)錯(cuò)誤 光強(qiáng)增大時(shí) 光子數(shù)量和能量都增大 所以光電流會(huì)增大 這與波動(dòng)性無(wú)關(guān) C項(xiàng)正確 一個(gè)光電子只能吸收一個(gè)光子 所以入射光的頻率增大 光電子吸收的能量變大 所以最大初動(dòng)能變大 D項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 C 考點(diǎn)練透 1 2013年浙江卷 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13 3 4甲所示 已知普朗克常量h 6 63 10 34J s 圖13 3 4 1 圖甲中電極A為光電管的 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 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 Hz 則產(chǎn)生的 3 如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率 7 00 1014光電子的最大初動(dòng)能Ek J 答案 1 陽(yáng)極 2 5 15 10143 41 10 19 3 1 23 10 19 考點(diǎn)2對(duì)波粒二象性的理解和物質(zhì)波 重點(diǎn)歸納 對(duì)波粒二象性的理解 典例剖析例2 2015年上海卷 用很弱的光做單縫衍射實(shí)驗(yàn) 改變曝光 時(shí)間 在膠片上出現(xiàn)的圖象如圖13 3 5所示 該實(shí)驗(yàn)表明 圖13 3 5A 光的本質(zhì)是波B 光的本質(zhì)是粒子C 光的能量在膠片上分布不均勻D 光到達(dá)膠片上不同位置的概率相同 解析 用很弱的光做單縫衍射實(shí)驗(yàn) 改變曝光時(shí)間在膠片出現(xiàn)的圖樣 說(shuō)明光有波粒二象性 故A B錯(cuò)誤 說(shuō)明光到達(dá)膠片上的不同位置的概率是不一樣的 也就說(shuō)明了光的能量在膠片上分布不均勻 故C正確 D錯(cuò)誤 答案 C 考點(diǎn)練透 2 2015年新課標(biāo)卷 實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性 下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是 A 電子束通過(guò)雙縫實(shí)驗(yàn)后可以形成干涉圖樣B 射線在云室中穿過(guò)會(huì)留下清晰的徑跡C 人們利用慢中子衍射來(lái)研究晶體的結(jié)構(gòu)D 人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)E 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中 光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān) 與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)答案 ACD