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1、第十二章 原子与原子核,第1课时 光电效应 波粒二象性,基础回顾,核心探究,演练提升,基础回顾 自主梳理融会贯通,知识梳理,一、光电效应 1.定义 当光照射在金属表面上时,金属中的 会因吸收光的能量而逸出金属表面的现象.,电子,2.光电子 光电效应中发射出来的电子. 3.光电效应的特征 (1)对于给定的光电阴极材料,都存在一个发生光电效应所需的入射光的最小频率0,叫做光电效应的截止频率,只有 截止频率的光,才能引起光电效应.不同金属材料的截止频率不同.,超过,(2)当入射光的频率高于截止频率、光电流出现时,光电流的大小由光强 ,光强越大,光电流越 . (3)从阴极发出的光电子的最大初动能与入射
2、光的频率成 . (4)只要光的频率大于截止频率,即使用极弱的入射光,光电子总能 (约10-9 s)发射出来.,决定,大,线性关系,立刻,4.用光电管研究光电效应 (1)电路如图所示,(2)光电流与饱和电流 入射光强度: 入射到金属表面单位面积上的能量.频率一定时, 越大,光子数越多. 光电流:光电子在电路中形成的电流.光电流有最大值,未达到最大值以前,其大小和 、 都有关,达到最大值以后,光电流与光强成正比. 饱和电流:在 的光照射下的最大光电流,饱和电流不随电路中 的增大而增大.,单位时间内,光强,光强,电压,一定频率与强度,电压,把一块锌板连接在验电器上,并使锌板带负电,验电器指针张开,用
3、紫外线灯照射锌板,观察到验电器指针张角减小至闭合又张开. (1)验电器指针张角为何会变化? (2)如果紫外线的强度增加,将对光电效应产生什么影响?,答案:(1)开始验电器带负电,用紫外线照射锌板后,锌板发生光电效应,锌板带正电,结果使验电器负电荷中和后带正电. (2)当紫外线强度增加时,锌板上的正电荷数增加,使验电器指针张角增大.,二、爱因斯坦光电效应方程 1.光子 每一光子的能量为= .不同频率的光子具有不同的能量.,h,2.爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式:h= .,(2)物理意义:金属板内的电子从入射光中吸收一个光子的能量h之后,一部分消耗于电子由金属内逸出表面时所需做的功W,叫 ;另
4、一部分转化为光电子的动能 mv2.,逸出功,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 性.,波动,(2)光电效应现象说明光具有 性. (3)光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的 性. 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的地方,暗条纹是光子到达概率 的地方,因此光波是一种概率波.,粒子,波粒二象,大,小,(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.,自主检测,1.思考判断 (1)光子和光电子都是与之相对应
5、的一种波.( ) (2)只要入射光的强度足够强,就可以使金属发生光电效应.( ) (3)要使某金属发生光电效应,入射光子的能量必须大于金属的逸出功.( ) (4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比.( ) (5)光的频率越高,光的粒子性越明显.( ) (6)德国物理学家普朗克提出了量子假说,成功地解释了光电效应规律.( ) (7)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应,进一步证实了光的粒子性.( ) (8)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性.( ),答案:(1) (2) (3) (4) (5) (6)(7) (8),2.(2018湖北天门模拟)(多选)在光电效应
6、实验中,用频率为的光照射光电管阴极,发生了光电效应,下列说法正确的是( ) A.增大入射光的强度,光电流增大 B.减小入射光的强度,光电效应现象消失 C.改用频率小于的光照射,一定不发生光电效应 D.改用频率大于的光照射,光电子的最大初动能变大,AD,解析:用频率为的光照射光电管阴极,发生光电效应,改用频率较小的光照射时,有可能发生光电效应,故C错误;根据h= mv2+W可知增加照射光的频率,光电子最大初动能增大,故D正确;增大入射光强度,单位时间内照射到单位面积的光子数增加,则光电流将增大,故A正确;光电效应是否发生与照射光频率有关而与照射光强度无关,故B错误.,3.入射光照到某金属表面上发
7、生光电效应,若入射光的强度减弱,而频率保持不变,那么以下说法正确的是( ) A.从光照射到金属表面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减小 C.逸出的光电子的最大初动能增大 D.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少,D,解析:电子吸收光子时间非常短,是瞬时性的,故A错误;同一光电效应中,频率不变,光电子飞出的最大初动能不变,故B,C错误;入射光的强度减弱,而频率不变,则单位时间内吸收光子的电子数减少,相应地从金属表面逸出的光电子数也减少,故D正确.,核心探究 分类探究各个击破,考点一 光电效应规律,1.光电效应的实质 光子照射到金属表面,某个电子吸收光子的
8、能量使其动能变大,当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时,便飞出金属表面成为光电子. 2.截止频率的实质 光子的能量与频率有关,而金属中电子克服原子核引力需要的能量是一定的,光子的能量必须大于金属的逸出功时才能发生光电效应.这个能量的最小值等于这种金属对应的逸出功,所以每种金属都有一定的截止频率. 3.对光电效应瞬时性的理解 光照射到金属上时,电子吸收光子的能量不需要积累,吸收的能量立即转化为电子的能量,因此电子对光子的吸收十分迅速.,4.对光电效应规律的解释,5.光电子的最大初动能 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,只有直接从金属表面飞出的光电子才具
9、有最大初动能.对于确定的金属,W是一定的,故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大,6.光电效应中的对应关系,【典例1】 (2017黑龙江鹤岗一模)关于光电效应,下列说法正确的是( ) A.截止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.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小 D.入射光的强度一定时,频率越高,单位时间内逸出的光电子数就越多,A,核心点拨 (1)是否产生光电子,决定于入射光的最低频率,不是看光照时间. (2)产生多少光电子,看入射光的强度和频率.,解析:逸出功W=h0,知截止频率越大,逸出功越大,故A正确;
10、光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率,与光照时间无关,故B错误.根据光电效应方程h= mv2+W知,最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不会影响金属的逸出功,故C错误;入射光的强度一定时,频率越高,光子的能量值越大,入射光中的光子的数目越少,单位时间内逸出的光电子数就越少,故D错误.,反思总结 光电效应现象的本质 (1)光电效应是发生在金属表面的现象. (2)不管是否发生光电效应,金属表面的电子都只吸收一个光子,不能同时吸收两个光子. (3)逸出功是克服金属表面做功的最小值. (4)光电子的速度是不确定的,但有最大值,即光电子具有最大初动能. (5)光的强度简称为光强,光强决定于
11、光子的频率与入射光子数.,多维训练,1.光电效应现象(2018广东中山模拟)(多选)如图所示,用导线把验电器与锌板相连接,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.有光电子从锌板逸出 C.验电器指针张开一个角度 D.锌板带负电,BC,解析: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,带有相同电性的电荷,锌板失去电子应该带正电,则验电器指针张开一角度,故C正确,D错误.,B,考点二 光电效应图像问题,四类图像,【典例2】 (2018宜兴市模拟)从1907年起,密立根就开始测量金属的遏
12、止电压Uc(即图1所示的电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K,A之间的反向电压)与入射光的频率,由此算出普朗克常量h,并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性.按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验,得到了某金属的Uc-图像如图2所示.下列说法正确的是( ) A.该金属的截止频率约为4.271014Hz B.该金属的截止频率约为5.501014Hz C.该图线的斜率为普朗克常量 D.该图线的斜率为这种金属的逸出功,A,核心点拨 (1)金属Uc-图线与横轴的交点坐标表示该金属遏止电压为0时,入射光的频率.,题后反思 求解光电效应问题应抓住的三个关系式,多维训
13、练,1.I-U图像(2018九江模拟)研究光电效应的电路如图所示,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与A,K之间的电压UAK的关系图像中,正确的是( ),C,解析:同种光对应的遏止电压即光电流I=0时对应的反向电压为一确定值;在发生光电效应的条件下,光越强,饱和电流越大.故C正确,A,B,D错误.,ABC,考点三 光的波粒二象性 物质波,1.对光的波粒二象性的进一步理解,2.物质波 (1)定义:任何运动着的物体都有一种波与之对应.这种波也叫德布罗意波.,【典例3】 (2018陕西宝鸡模拟)关于物质的波
14、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.大量光子的行为表现出光的波动性,而少量光子的行为表现出光的粒子性 C.光的波长越长,粒子性越明显,光的频率越高,波动性越明显 D.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,C,解析:光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律,大量光子的行为表现出光的波动性,而少量光子表现出光的粒子性.光的波长越长,波动性越明显,光的频率越高,粒子性越明显.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,故A,B,D正确,C错误.,误区警示 波粒二象性的“三个易错点” (1)光子的粒子性并不否认
15、光的波动性. (2)宏观运动物体也具有波动性,只是波长太短,很难观察到. (3)微观粒子的波动性与机械波不同,微观粒子的波是概 率波.,AB,1.波粒二象性问题(2018河北邢台模拟)(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的有( ) A.光电效应现象揭示了光的粒子性 B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等,多维训练,2.物质波(2018南昌质检)(多选)关于物质波下列说法中正确的是( ) A.实物粒子与光子一样都具有波粒二象性,所以实物粒子与光子是相同本质的物质 B.物质波和光波都是概率波 C.粒子的动量越大,其波动性越易观察 D.粒子的动量越小,其波动性越易观察,BD,解析:实物粒子与光子一样都具有波粒二象性,但实物粒子与光子不是同一种物质,故A错误;根据德布罗意的物质波理论,物质波和光波一样都是概率波,故B正确;根据德布罗意的物质波理论公式= ,可知粒子的动量越大,波长越小,其波动性越不明显,粒子的动量越小,波长越长,其波动性越明显,越容易观察,故D正确,C错误.,
