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1、第十二章 近代物理 考点要求 2 第1节 光电效应 波粒二象性 考点要求 4 基础夯 实 自我诊断 一 光电效应 1 定义 在光的照射下从物体发射出电子 的现象 发射出的电子称为 光电子 2 产生条件 入射光的频率大于或等于 截止频率 又叫极限频率 3 光电效应规律 1 存在着饱和电流 对于一定颜色的光 入射光强度越大 单位 时间 内发射出的光电子数越多 2 存在着遏止电压 和截止频率 光电子的能量只与入射光的频 率 有关 而与入射光的强弱 无关 当入射光的频率低于截止 频率时不发生光电效应 考点要求 5 基础夯 实 自我诊断 3 光电效应具有瞬时性 当频率超过截止频率时 无论入射光 怎样微弱
2、 几乎在照到金属时立即产生光电流 时间 不超过10 9 s 4 逸出功 使电子脱离某种金属所做功的最小值 叫作这种金属的逸出 功 用W0表示 考点要求 6 基础夯 实 自我诊断 二 光子说及光电效应方程 1 光子说 空间传 播的光是一份一份的 每一份叫一个光子 一个光子的能 量为E h 其中h 6 626 10 34 J s 称为普朗克常量 2 光电效应方程 1 表达式 光电子的最大初动能Ek与入射光光子的能量h 和逸 出功W0之间的关系 Ek h W0 2 物理意义 金属中电子吸收一个光子获得的能量是h 这些能 量一部分用于克服金属的逸出功 剩下的表现为 逸出电子的初 动能 考点要求 7 基
3、础夯 实 自我诊断 三 光的波粒二象性与物质波 1 光的波粒二象性 1 光的干涉 衍射 偏振现象证明光具有波动 性 2 光电效应说 明光具有粒子 性 3 光既具有波动性 又具有粒子性 称为光的波粒二象 性 2 物质波 1 概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规 律的表 现 亮条纹是光子到达概率大 的地方 暗条纹是光子到达概率小 的地方 因此光波又叫概率波 2 物质波 任何一个运动着的物体 小到微观粒子大到宏观物体 都有一种波与它对应 其波长 p为运动物体的动量 h为普朗 克常量 考点要求 8 基础夯 实 自我诊断 光电效应的电路图如图所示 用频率为 的光照射阴极K 发生 了光电效应 阴
4、极金属的逸出功为W0 电压 表的读数为U 到达阳极 A的光电子的最大动能是多大 提示 从阴极K射出的光电子的最大初动能Ek h W0 光电子从 K极到A极又被电场加速 由动能定理得 到达A极光电子的最大动 能Em h W0 Ue 考点要求 9 基础夯 实 自我诊断 1 用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应 可能使该金 属产生光电效应的措施是 A 改用红光照射 B 改用X射线照射 C 改用强度更大的原紫外线照射 D 延长原紫外线的照射时间 答案解析解析 关闭 根据光电效应的产生条件 0 要产生光电效应 必须用能量更大的光照 射 即频率更高的光子 能否发生光电效应与光的强度和照射时间 无关 X
5、射线的频率大于紫外线的频率 故A C D错误 B正确 答案解析 关闭 B 考点要求 10 基础夯 实 自我诊断 2 多选 如图所示 用导线 把验电 器与锌板相连接 已知紫光频 率大于锌的极限频率 当用紫外线照射锌板时 发生的现象是 A 有光子从锌板逸出 B 有电子从锌板逸出 C 验电 器两箔片张开一个角度 D 锌板带负电 答案解析解析 关闭 用紫外线照射锌板是能够发 生光电效应的 锌板上的电子吸收紫外线的 能量从锌板表面逸出 称之为光电子 故A错误 B正确 锌板与验电 器相 连 使验电 器带有相同电性的电荷 验电 器的指针就会张开一个角度 锌 板失去电子应该带 正电 且锌板失去电子越多 带正电
6、的电荷量越多 验 电器两箔片张角越大 故C正确 D错误 答案解析 关闭 BC 考点要求 11 基础夯 实 自我诊断 3 有关光的本性 下列说法正确的是 A 光既具有波动性 又具有粒子性 两种性质是不相容的 B 光的波动性类似于机械波 光的粒子性类似于质点 C 大量光子才具有波动性 个别光子只具有粒子性 D 由于光既具有波动性 又具有粒子性 无法只用其中一种性质 去说明光的一切行为 只能认为 光具有波粒二象性 答案解析解析 关闭 光既具有波动性 又具有粒子性 但它又不同于宏观观 念中的机械波和粒 子 波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现 是同一客体的两个 不同侧面 不同属性 我们无法用其中的
7、一种性质去说明光的一切行为 只能认为 光具有波粒二象性 答案解析 关闭 D 考点要求 12 基础夯 实 自我诊断 4 关于光电效应的规律 下列说法中正确的是 A 只有入射光的波长大于该金属的极限波长 光电效应才能产 生 B 光电子的最大初动能跟入射光强度成正比 C 发生光电效应的反应时间 一般都大于10 7 s D 发生光电效应时 单位时间 内从金属内逸出的光电子数目与 入射光强度成正比 答案解析解析 关闭 答案解析 关闭 考点要求 13 基础夯 实 自我诊断 5 请判断下列说法是否正确 1 只要光照射的时间 足够长 任何金属都能发生光电效应 2 光电子就是光子 3 极限频率越大的金属材料逸出
8、功越大 4 从金属表面出来的光电子的最大初动能越大 这种金属的逸 出功越小 5 入射光的频率越大 逸出功越大 答案 答案 关闭 1 2 3 4 5 考点要求 14 考点一考点二考点三 对对光电电效应应的理解 自主悟透 与光电效应有关的概念对比 1 光子与光电子 光本身是由一个个不可分割的能量子组成的 这些能量子称为光子 光子不带电 光电子是金属表面受到光照射 时发 射出来的电子 其本质是电子 光子是光电效应的因 光电子 是果 2 光电子的动能与光电子的最大初动能 光照射到金属表面时 电子吸收光子的全部能量 可能向各个方向运动 需克服原子核和 其他原子的阻碍而损失一部分能量 剩余部分为光电子的初
9、动能 只有金属表面的电子直接向外飞出时 只需克服原子核的引力做 功的情况 才具有最大初动能 光电子的初动能小于等于光电子 的最大初动能 考点要求 15 考点一考点二考点三 3 光电流和饱和光电流 从金属板飞出的光电子到达阳极 回路 中便产生光电流 随着所加正向电压 的增大 光电流趋于一个饱和 值 这个饱和值是饱和光电流 在一定的光照条件下 饱和光电流 与所加电压 大小无关 4 入射光强度与光子能量 入射光强度是指单位时间 内照射到单 位面积上的总能量 与光子的能量和单位时间 内光子的数目有 关 5 光的强度与饱和光电流 频率相同的光照射金属产生光电效 应 入射光越强 饱和光电流越大 考点要求
10、16 考点一考点二考点三 突破训练 1 研究光电效应的实验 装置如图所示 闭合开关 滑片P处于滑 动变 阻器中央位置 当一束单色光照到此装置的碱金属表面K时 电流表有示数 下列说法正确的是 A 若仅增大该单 色光入射的强度 则光电子 的最大初动能增大 电流表示数也增大 B 无论增大入射光的频率还是增加入射光的 强度 碱金属的逸出功都不变 C 保持频率不变 当光强减弱时 发射光电子 的时间 将明显增加 D 若滑动变 阻器滑片左移 则电压 表示数减小 电流表示数减小 答案解析解析 关闭 若仅增大该单 色光入射的强度 由于每个光子的能量不变 因此光电子的 最大初动能不变 但单位时间 内射出的光电子数
11、增多 因此光电流增大 故选项 A错误 逸出功由金属材料自身决定 与是否有光照无关 故选项 B 正确 发生光电效应不需要时间积 累 只要入射光的频率大于极限频率 即可 故选项 C错误 若滑动变 阻器滑片左移 则电压 表的示数减小 因电 压是反向电压 所以电压 减小时 光电子更容易到达A极形成电流 电流 表示数增大 故选项 D错误 答案解析 关闭 B 考点要求 17 考点一考点二考点三 2 多选 在探究光电效应现 象时 某小组的同学分别用波长为 2 的单色光照射某金属 逸出的光电子最大速度之比为2 1 普 朗克常量用h表示 光在真空中的速度用c表示 则 A 光电子的最大初动能之比为2 1 答案解析
12、解析 关闭 答案解析 关闭 考点要求 18 考点一考点二考点三 规律总结光电效应规律的 四点 理解 1 放不放光电子 看入射光的频率 2 放多少光电子 看光的强度 3 光电子的最大初动能大小 看入射光的频率 4 放光电子 不需要时间 瞬时放 考点要求 19 考点一考点二考点三 光电电效应应方程及图图像 师师生共研 1 三个关系 1 爱因斯坦光电效应方程Ek h W0 2 光电子的最大初动能Ek可以利用光电管通过实验 的方法测 得 即Ek eUc 其中Uc是遏止电压 3 光电效应方程中的W0为逸出功 由金属本身决定 它与金属的 极限频率 c的关系是W0 h c 考点要求 20 考点一考点二考点三
13、 2 四类图像 考点要求 21 考点一考点二考点三 考点要求 22 考点一考点二考点三 例1在光电效应实验 中 某同学用同一光电管在不同实验 条件下 得到三条光电流与电压 之间的关系曲线 甲光 乙光 丙光 如 图所示 则可判断出 A 甲光的频率大于乙光的频率 B 乙光的波长大于丙光的波长 C 乙光对应 的截止频率大于丙光对应 的截止频率 D 甲光对应 的光电子最大初动能大于丙光对应 的光电子最大 初动能 答案解析解析 关闭 由图像知 甲 乙光对应 的遏止电压 相等 由eUc Ek和h W0 Ek得甲 乙光的频率相等 A错误 丙光的频率大于乙光的频率 则丙光的波长小于 乙光的波长 B正确 金属发
14、生光电效应的截止频率只与金属本身有关 C 错误 由光电效应方程知 甲光对应 的光电子最大初动能小于丙光对应 的光电子最大初动能 D错误 答案解析 关闭 B 考点要求 23 考点一考点二考点三 例2 多选 2017 全国卷 在光电效应实验 中 分别用频率为 a b的单色光a b照射到同种金属上 测得相应的遏止电压 分别 为Ua和Ub 光电子的最大初动能分别为 Eka和Ekb h为普朗克常 量 下列说法正确的是 A 若 a b 则一定有Ua b 则一定有Eka Ekb C 若Ua Ub 则一定有Eka b 则一定有h a Eka h b Ekb 答案解析解析 关闭 根据光电效应方程Ek h W0和
15、光电子的最大初动能与遏止电压 的关系 eU 0 Ek 得eU h W0 A错误 B C正确 若 a b 则一定有h a Eka h b Ekb W0 D错误 答案解析 关闭 BC 考点要求 24 考点一考点二考点三 例3小明用金属铷为 阴极的光电管 观测 光电效应现 象 实验 装 置示意图如图甲所示 已知普朗克常量h 6 63 10 34 J s 1 图甲中电极A为光电管的 选填 阴极 或 阳极 2 实验 中测得铷的遏止电压 Uc与入射光频率 之间的关系如 图乙所示 则铷 的截止频率 c Hz 逸出功W0 J 3 如果实验 中入射光的频率 7 00 1014 Hz 则产 生的光电子 的最大初动
16、能Ek J 答案解析解析 关闭 1 在光电效应中 电子向A极运动 故电极A为光电管的阳极 2 由题图 乙可知 铷的截止频率 c为5 15 1014 Hz 逸出功 W0 h c 6 63 10 34 5 15 1014 J 3 41 10 19 J 3 当入射光的频率为 7 00 1014 Hz时 由Ek h h c得 光电子的最大 初动能为 Ek 6 63 10 34 7 00 5 15 1014 J 1 23 10 19 J 答案解析 关闭 1 阳极 2 5 15 1014 5 12 5 18 1014均视为 正确 3 41 10 19 3 39 3 43 10 19均视为 正确 3 1 23 10 19 1 21 1 25 10 19均视为 正确 考点要求 25 考点一考点二考点三 特别提醒应用光电效应方程时的注意事项 1 每种金属都有一个截止频率 极限频率 光频率大于这个截止 频率 极限频率 才能发生光电效应 2 截止频率是发生光电效应的最小频率 对应着光的极限波长和 金属的逸出功 即h c h W0 3 应用光电效应方程Ek h W0时 注意能量单位电子伏和焦耳的 换算 1 e
