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1、选修3-5 第十二章 波粒二象性 原子结构 原子核 第1讲 波粒二象性,【知识梳理】 知识点1 光电效应 1.光电效应现象: 在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象, 叫作光电效应,发射出来的电子叫作_。,光电子,2.光电效应的四个规律: (1)每种金属都有一个_。 (2)光子的最大初动能与入射光的强度无关,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。,极限频率,频率,瞬时,强度,3.遏止电压与截止频率: (1)遏止电压:使光电流减小到零的反向电压Uc。 (2)截止频率:能使某种金属发生光电效应的_频 率叫作该
2、种金属的截止频率(又叫极限频率)。不同 的金属对应着不同的极限频率。 (3)逸出功:电子从金属中逸出所需做功的_,叫作该金属的逸出功。,最小,最小值,知识点2 爱因斯坦光电效应方程 1.光子说:光不是_的,而是一份一份的,每一份 光叫一个光子,一个光子的能量为_。 2.逸出功:使电子脱离某种金属所做功的_, 用W0表示,不同金属的逸出功不同。,连续,=h,最小值,3.爱因斯坦光电效应方程: (1)表达式:_。 (2)物理意义:金属表面的电子吸收一个光子获得 的能量是h,这些能量的一部分用来克服金属的 _,剩下的表现为逸出后光电子的最大初动 能_。,Ek=h-W0,逸出功W0,【易错辨析】 (1
3、)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。 ( ),提示:(1)。光子照射金属能发生光电效应的条件是照射光的频率达到极限频率,如果没有达到极限频率,照射时间再长也不会发生光电效应。 (2)。光电子是被光子打出的电子,其实质是电子。 (3)。逸出功的大小等于普朗克常量乘以极限频率,因此极限频率越大逸出功越大。,(4)。光电子的最大初动能不仅与金属的逸出功有关还与照射金属的光子的频率有
4、关,不能简单地说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)。金属的逸出功由金属本身决定,与入射光的频率无关。,考点1 光电效应规律 【核心要素精讲】 1.光电效应规律的“四点”理解: (1)放不放光电子,看入射光的最低频率。 (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)要放光电子,瞬时放。,2.区分光电效应中的五组概念: (1)光子与光电子:光子指光在空间传播时的每一份能量,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
5、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。,(3)光电流和饱和光电流: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:入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。,(5)光的强度与饱和光电流:饱和光电流与入射光强度成正比的规
6、律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的,对于不同频率的光,由于每个光子的能量不同,饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。,【高考命题探究】 【典例1】(多选)(2016全国卷改编)现用一光电管进行光电效应的实验,当用某一频率的光入射时,有光电流产生。下列说法正确的是 ( ) 世纪金榜导学号42722252,A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大 B.入射光的频率变高,饱和光电流变大 C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大 D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生,【解析】选A、C。保持入射光的频率不变,入射光的 光强变大,单位时间
7、内光电子变多,饱和光电流变大, A对;据爱因斯坦光电效应方程 =h-W0可知,入 射光的频率变高,光电子的最大初动能变大,饱和光电 流不变,B错,C对;当hW0时没有光电流产生,D错。,【强化训练】 1.入射光照到某金属表面发生光电效应,若入射光的 强度减弱,而频率保持不变,则下列说法中正确的 是 ( ),A.从光照射到金属表面上到金属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.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】选C。光电效应瞬时(10-9s)发生,与光强无关,A错误。光电子的最大初动能只与入射光的频率有关,入射光的频
8、率越大,最大初动能越大,B错误。光电子数目多少与入射光的强度有关,光强减弱,单位时间内从金属表面逸出的光电子数目减少,C正确。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错误。,2.分别用和 的单色光照射同一金属,发出的光电子的最大初动能之比为12。以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则此金属板的逸出功是多大? 世纪金榜导学号42722253,【解析】设此金属的逸出功为W,根据光电效应方程得如下两式 当用波长为的光照射时:Ek1= 当用波长为 的光照射时:Ek2= 又 答案:,【加固训练】(多选)如图所示电路可研究光电效应规律。图中标有A和K的为光电管,其中A为阴
9、极,K为阳极。理想电流计可检测通过光电管的电流,理想电压表用来显示光电管两端的电压。现接通电源,用光子能量为10.5 eV的光照射阴极A,电流计中有示数,若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0V;现保持滑片P位置不变,以下判断正确的是 ( ),A.光电管阴极材料的逸出功为4.5eV B.若增大入射光的强度,电流计的读数不为零 C.若用光子能量为12eV的光照射阴极A,光电子的最大初动能一定变大 D.若用光子能量为9.5eV的光照射阴极A,同时把滑片P向左移动少许,电流计的读数一定不为零,【解析】选A、C。电流
10、计的读数恰好为零,此时电压表的示数为6.0V,根据动能定理得,eU=Ekm=6 eV。再根据光电效应方程知,W0=h-Ekm=10.5 eV-6eV=4.5eV,故A正确;光电效应产生的最大初动能与入射光的强度无关,与入射光的频率有关,故B错误;增大入射光的光子能量,根据光电效应方程知,光电子的最大初动能变大,故C正确;若用光子能量为9.5eV的光照射阴极A,能发生光电效应,但是把滑片P向左移动少许,电流计的读数不一定不为零,故D错误。,考点2 光电效应的图象分析 【核心要素精讲】 1.由Ek-图象可以得到的信息:,(1)极限频率:图线与轴交点的横坐标c。 (2)逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐
11、标的绝对值E=W0。 (3)普朗克常量:图线的斜率k=h。,2.由I-U图象可以得到的信息:,(1)遏止电压Uc:图线与横轴的交点的绝对值。 (2)饱和光电流Im:电流的最大值。 (3)最大初动能:Ekm=eUc。,3.由Uc-图象可以得到的信息: (1)截止频率c:图线与横轴的交点。 (2)遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大。 (3)普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke。(注:此时两极之间接反向电压),【高考命题探究】 【典例2】从1907年起,密立根就开始测量金属的遏止 电压Uc(即图甲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
12、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-图象如图乙所示。下列说法正确的是 世纪金榜导学号42722254( ),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,【解析】选A。设金属的逸出功为W0,截止频率为c, 则有W0=hc;光电子的最大初动能Ekm与遏止电压Uc的 关系是Ekm=eUc,光电效应方程为Ekm=h-W0;联立两式 可得:Uc= ,故Uc与图
13、象的斜率为 ,故C、 D错误;当Uc=0时,可解得= =c,此时读图可 知,c4.31014Hz,即金属的截止频率约为 4.31014Hz,在误差允许范围内,故A正确,B错误。,【迁移训练】,迁移1:光电效应中的Ek-图象 (多选)某种金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系如图所示。已知该金属的逸出功为W0,普朗克常量为h。下列说法正确的是 ( ) 世纪金榜导学号42722255,A.入射光的频率越高,金属的逸出功越大 B.Ek与入射光的频率成正比 C.图中图线的斜率为h D.图线在横轴上的截距为,【解析】选C、D。金属的逸出功是由金属自身决定的, 与入射光频率无关,其大小W0=hc
14、,故A错误;根据爱因 斯坦光电效应方程Ek=h-W0,可知光电子的最大初动 能Ek与入射光的频率成线性关系,不是成正比,故B错 误;根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0,可知斜率 k=h,故C正确;由图可知,图线在横轴上的截距为 , 故D正确。,迁移2:光电效应中的I-U图象 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的关系图象中,正确的是 ( ),【解析】选C。由于光的频率相同,所以对应的反向遏止电压相同,选项A、B错误;发生光电效应时,在同样的加速电压
15、下,光强度越大,逸出的光电子数目越多,形成的光电流越大,选项C正确,D错误。,迁移3:光电效应中的Uc-图象 某同学为了测量普朗克常量,利用研究光电效应的电路,用能够产生光电效应的两种(或多种)已知频率的光来进行实验,测出了遏止电压Uc-图象如图所示,根据图象,可测得普朗克常量为_。,【解析】Ek=h-W0 根据电场力做功特点Ek=Uce 所以Uce=h-W0 即Uc= 直线的倾斜程度反映了 的大小,所以 h= =1.610-19 s=6.410-34Js。 答案:6.410-34Js,【加固训练】 如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长 =0.50m的绿光照射阴极K,实验测得流过 表的
16、电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律,h取6.6310-34Js。结合图象,求:(结果均保留两位有效数字),(1)阴极每秒钟发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能。 (2)该阴极材料的极限波长。,【解析】(1)光电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极每秒钟发射的光电子的个数 n= =4.01012个, 光电子飞出阴极K时的最大初动能为 Ek=eUc=1.610-19C0.6 V=9.610-20J。,(2)设阴极材料的极限波长为c,根据爱因斯坦光电 效应方程:Ek=h -h ,代入数据得c6.610-7m。 答案:(1)4.01012个 9.610-20J (2)6.610-7m,
