《70大纲版物理2012步步高大一轮复习讲义第十四章 第3课时》由会员分享，可在线阅读，更多相关《70大纲版物理2012步步高大一轮复习讲义第十四章 第3课时（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 3 课时 光电效应与波粒二象性 课前考点自清 一、光电效应 1 定义：照射到金属表面的光，能使金属中的 从表面逸出的现象 2 规律： (1) 每种金属都有一个 (2) 光子的最大初动能与入射光的 无关，只随入射光的 增大而增大 (3) 光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是 的 (4) 光电流的强度与入射光的 成正比 3 方程： . 电子 极限频率 强度 频率 瞬时 强度 E k W 0 二、光子说 1 内容：空间传播的光是一份一份的，每一份叫做一个 ，一个光子的能量为 E . 2 意义： ( 1) 解释了 现象 ( 2) 说明了光具有 三、光的波粒二象性 1 光的干涉、衍射、偏振现象证明
2、光具有 性 2 光电效应说明光具有 性 3 光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的 性 光 子 电效应 粒子 性 波动 粒子 波粒二象 四、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 的地方，暗条纹是光子到达概率 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 大 小 心考点突破 考点一 光子说对极限频率的解释 1 爱因斯坦光电效应方程： 光子的能量 出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功 电子的最大初动能 2 对光
3、电效应规律的解释 存在极限频率 0电子从金属表面逸出，首先须需克服金属原子核的引力做功 使入射光子能量不小于 应的频率 0极限频率 光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大 ，与入射光的强度无关 . 电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属， 光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大 效应具有瞬时性 光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程 3 由 图象 ( 图 1) 可以得到的物理量 ( 1) 极限频率：图线与 轴交点的横坐 标 0. ( 2) 逸出功：图线与
4、 的值 E . ( 3) 普朗克常量：图线的斜率 k h . 图 1 【高考佐证 1 】 (2009 上海单科 6) 光电效应的实验结论是：对于某种金属 ( ) A 无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 B 无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 C 超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小 D 超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大 解析 根据光电效应规律可知，选项 A 正确；根据光电效应方程 12 m v 2m W 0 知，频率 越高，初动能就越大，选项 D 正确 点二 用光电管研究光电效应 1 常见电路 (
5、如图 2 所示 ) 图 2 2 两条线索 ( 1) 通过频率分析：光子频率高 光子能量大 产生光电子的最大初动能大 ( 2) 通过光的强度分析：入射光强度大 光子数目多 产生的光电子多 光电流大 3 概念辨析 照射光强度 决定着每秒钟光源发射的光子数频率 决定着每个光子的能量 E 每秒钟逸出的光电子数 决定着光电流的强度光电子逸出后的最大初动能 12m v 2m【高考佐证 2 】 ( 2010 江苏单科 12C ) 研究 光电效应的电路如图 3 所示用频率相同、 强度不同的光分别照射密封真空管的钠极 板 ( 阴极 K) ，钠极板发射出的光电子被阳极 A 吸收，在电路中形成光电流下列光电流 I
6、与 A 、 K 之间的电压 确的是 _ 图 3 解析 由于光的频率相同，所以对应的反向截止电压相同，选项 A 、 B 错误；发生光电效应时，在同样的加速电压下，光强度越大，逸出的光电子数目越多，形成的光电流越大，所以选项 C 正确， D 错误 答案 C 考点三 光的波粒二象性 1 粒子的波动性：实物粒子也具有波动性，满足如下关系： 种波称为德布罗意波，也叫物质波 2 光的波粒二象性 光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为： (1) 个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性 (2) 频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象
7、；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强 (3) 光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性 题型互动探究 题型一 光电效应现象的理解 例 1 ( 2009 宁夏、辽宁理综 ) 关于光电效应，下列说法正确的是 ( ) A 极限频率越大的金属材料逸出功越大 B 只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应 C 从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小 D 入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 解析 逸出功 W 0 ， W 0 0 极限频率， A 正确；只有照射光的频率 大于金属极限频率 0 ，才
8、能产生光电效应现象， B 错；由光电效应方程 E W 0 知，因 不确定时，无法确定 E W 0 的关系， C 错；光强 E 越大， E 一定，则光子数 n 越小，单位时间内逸出的光电子数就越少， D 错 答案 A 规律总结 理解光子学说，能形象地想象光电效应的物理情境：光一份一份射向金属，电子吸收一个光子后能量变大，挣脱原子核的束缚，成为光电子很容易从这一情境中分析有关光电效应的定性理解问题 即学即练 1 入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么 ( ) A 从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B 逸出的光电子的最大初动能将减小 C
9、 单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D 有可能不发生光电效应 解析 光电效应瞬时 ( 10 9s) 发生，与光强无关， A 错；能否发生光电效应，只取决于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关， D 错；对于某种特定金属，光电子的最大初动能只与入射光频率有关，入射光频率越大，最大初动能越大， B 错；光电子数目多少与入射光强度有关 ( 可理解为一个光子能打出一个电子 ) ，光强减弱，逸出的电子数目减少， C 对 C 题型二 光电效应方程的应用 例 2 (2010 浙江理综 ) 在光电效应实 验 中，飞飞同学用同一光电管在不同实 验条件下得到了三条光电流与电压之间 的关系曲线 ( 甲
10、光、乙光、丙光 ) ，如图 4 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的截止频率 D 甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 图 4 解析 由题图可知，甲、乙两光对应的反向截止电压均为U 02 ，由爱因斯坦光电效应方程 E W 0 及 2 0 E 知甲、乙两光频率相同，且均小于丙光频率，选项 A 、 C 均错；甲光频率小，则甲光对应光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能，选项 D 错误；乙光频率小于丙光频率，故乙光的波长大于丙光的波长，选项 B 正确 答案 B 规律总结 ( 1) 图象中的 U 0 ，
11、代表光的反向截止电压，并能根据 E 较最大初动能 ( 2) 图线与纵轴截距代表光电流的大小，与光的强度大小有关 即学即练 2 如图 5 所示， 当开关 S 断开时， 用光子能量为 2.5 e V 的一束光照射阴极 P ，发现电流表读数不为零合上开关， 调节滑动变阻器，发现当电压表读数小 于 时，电流表读 数仍不为零；当 电压表读数大于或等于 时，电流 表读数为零 ( 1) 求此时光电子的最大初动能的大小 ( 2) 求该阴极材料的逸出功 图 5 解析 设用光子能量为 2.5 e V 的光照射时，光电子的最大初动能为 极材料逸出功为 当反向电压达到 U V 以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极
12、，因此 0. 6 e V ， 1 .9 e V 所以此时最大初动能为 0.6 e V ，该阴极材料的逸出功为 1.9 e V . 答案 ( 1) 0. 6 e V ( 2 ) 1. 9 e V 题型三 光的波粒二象性 例 3 关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是 ( ) A 不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性 B 运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道 C 波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的 D 实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性 解析 光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大
13、量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运 动表现出光的粒子性光的波长越长，波动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显而宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性 D 项合题意 答案 D 即学即练 3 在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占整个从单缝射入的光强的 95 % 以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子 ( ) A 一定落在中央亮纹处 B 一定落在亮纹处 C 可能落在暗纹处 D 落在中央亮纹处的可能性最大 解析 大量光子的行为显示出波动性，当大量光子通过单缝时光子落在亮纹处的概率较大，尤其是中央亮纹处，依题将有 95 % 以上的光子落在中央亮纹处，落在其他亮处相对少一些，落在暗纹处光子最少，注意的是暗纹处不是没有光子落在上面，只是很少而已只让一个光子通过单缝，这个光子光子落在哪一位置是不可确定的，可以落在亮纹处，也可以落在暗纹处，只是落在中央亮纹的机会更大 ( 有
