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1、第十五章第十五章 原子物理原子物理第第1讲光电效应波粒二象性讲光电效应波粒二象性一一、光电效应、光电效应1光电效应现象光电效应现象(1)定义：在光的照射下，金属中定义：在光的照射下，金属中的的_从从表面逸出的现象，发射出来的电子表面逸出的现象，发射出来的电子叫叫_。(2)产生条件：入射光的频率产生条件：入射光的频率_金属的极限频率。金属的极限频率。2光电效应的三条规律光电效应的三条规律(1)每每种种金金属属都都有有一一个个_频频率率，入入射射光光的的频频率率必必须须_这这个个极极限限频频率率才才能能产生光电效应产生光电效应。电子电子光电子光电子大于或等于大于或等于极限极限大于或等于大于或等于(
2、2)光电子的最大初动能与入射光光电子的最大初动能与入射光的的_无无关，只随入射光频率的增大关，只随入射光频率的增大而而_。(3)光电效应的发生几乎光电效应的发生几乎是是_的的，一般不超过，一般不超过109 s。二、爱因斯坦的光电效应理论二、爱因斯坦的光电效应理论1光子说光子说(1)在在空空间间传传播播的的光光是是不不连连续续的的，而而是是一一份份一一份份的的，每每一一份份叫叫作作一一个个光光子子，光光子子的的能量能量_。(2)普朗克常量：普朗克常量：h6.631034 Js。2爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：表达式：Ekh_。强度强度增大增大瞬时瞬时hW0电子电子波动波动
3、粒子粒子波粒二象波粒二象大大小小微点判断微点判断(1)光子和光电子都是实物粒子光子和光电子都是实物粒子。()(2)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。()(3)要想在光电效应实验中测到光电流，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。要想在光电效应实验中测到光电流，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，但仍具有波动性光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。()(6)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成
4、功地解释了光电效应规律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，证实了光的粒子性美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性。()(一一)光电效应规律的理解及应用光电效应规律的理解及应用1与光电效应有关的五组概念对比与光电效应有关的五组概念对比(1)光光子子与与光光电电子子：光光子子指指光光在在空空间间传传播播时时的的每每一一份份能能量量，光光子子不不带带电电；光光电电子子是是金金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。光子是因，光电子是果。属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。光子是因，光电子是果。(2
5、)光光电电子子的的动动能能与与光光电电子子的的最最大大初初动动能能：只只有有金金属属表表面面的的电电子子直直接接向向外外飞飞出出时时，只只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。(3)光光电电流流和和饱饱和和光光电电流流：金金属属板板飞飞出出的的光光电电子子到到达达阳阳极极，回回路路中中便便产产生生光光电电流流，随随着着所所加加正正向向电电压压的的增增大大，光光电电流流趋趋于于一一个个饱饱和和值值，这这个个饱饱和和值值是是饱饱和和光光电电流流，在在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无
6、关。(4)入入射射光光强强度度与与光光子子能能量量：入入射射光光强强度度指指单单位位时时间间内内照照射射到到金金属属表表面面单单位位面面积积上上的总能量，而光子能量的总能量，而光子能量Eh。(5)光光的的强强度度与与饱饱和和光光电电流流：频频率率相相同同的的光光照照射射金金属属产产生生光光电电效效应应，入入射射光光越越强强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系。饱和光电流越大，但不是简单的正比关系。2光电效应的研究思路光电效应的研究思路(1)两条线索两条线索(2)两条对应关系两条对应关系入入射射光光强强度度大大光光子子数数目目多多发发射射光光电电子子多多光光电电流流大大；光光子子频频率率高高光
7、光子能量大子能量大光电子的最大初动能大。光电子的最大初动能大。3光电效应中三个重要关系光电效应中三个重要关系(1)爱因斯坦光电效应方程：爱因斯坦光电效应方程：EkhW0。(2)光电子的最大初动能光电子的最大初动能Ek与遏止电压与遏止电压Uc的关系：的关系：EkeUc。(3)逸出功逸出功W0与极限频率与极限频率c的关系：的关系：W0 hc。多维训练多维训练1光电效应的理解光电效应的理解硅硅光电池是利用光电效应原理制成的器件，下列表述正确的光电池是利用光电效应原理制成的器件，下列表述正确的是是 ()A硅光电池是把光能转化为电能的一种装置硅光电池是把光能转化为电能的一种装置B硅光电池中吸收了光子能量
8、的电子都能逸出硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出C逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应解解析析：硅硅光光电电池池是是把把光光能能转转化化为为电电能能的的装装置置，A正正确确；硅硅光光电电池池中中吸吸收收了了光光子子能能量量大大于于逸逸出出功功的的电电子子才才能能逸逸出出，B错错误误；在在发发生生光光电电效效应应的的情情况况下下，入入射射光光的的频频率率越越高高，逸逸出出的的光光电电子子的的最最大大初初动动能能越越大大，C错错误误；只只有有大大于于极极限限
9、频频率率的的入入射射光光照到硅光电池上才能产生光电效应，照到硅光电池上才能产生光电效应，D错误。错误。答答案：案：A2光电效应规律的研究光电效应规律的研究(多选多选)利用光电管研究光电效应的实验电路图如图所示，用利用光电管研究光电效应的实验电路图如图所示，用频频率率为为的可见光照射阴极的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，电流表中有电流通过，则则 ()A改用紫外线照射阴极改用紫外线照射阴极K，电流表中没有电流通过，电流表中没有电流通过B只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大C若将滑动变阻器的滑片滑到若将滑动变阻器的滑片滑到A端，电流表中一
10、定无电流通过端，电流表中一定无电流通过D若将滑动变阻器的滑片向若将滑动变阻器的滑片向B端滑动，电流表示数可能不变端滑动，电流表示数可能不变解解析析：由由题题意意知知，该该可可见见光光的的频频率率大大于于或或等等于于阴阴极极材材料料的的极极限限频频率率，紫紫外外线线的的频频率率大大于于可可见见光光的的频频率率，故故用用紫紫外外线线照照射射阴阴极极K，也也一一定定能能发发生生光光电电效效应应，电电流流表表中中有有电电流流通通过过，A错错误误；只只增增加加可可见见光光的的强强度度，单单位位时时间间内内逸逸出出金金属属表表面面的的光光电电子子数数增增多多，电电流流表表中中通通过过的的电电流流将将变变大
11、大，B正正确确；滑滑动动变变阻阻器器的的滑滑片片滑滑到到A端端，光光电电管管两两端端的的电电压压为为零零，但但光光电电子子有有初初动动能能，故故电电流流表表中中仍仍有有电电流流通通过过，C错错误误；滑滑动动变变阻阻器器的的滑滑片片向向B端端滑滑动动时时，若若电电流流已已达达到到饱饱和和光光电电流流，则则电电流流表表示示数数可可能能不变，不变，D正确正确。答案：答案：BD3极限频率的求解极限频率的求解用用波波长长为为300 nm的的光光照照射射锌锌板板，电电子子逸逸出出锌锌板板表表面面的的最最大大初初动动能能为为1.281019 J。已已知知普普朗朗克克常常量量为为6.631034 Js，真真空
12、空中中的的光光速速为为3.00108 ms1。能能使使锌锌产产生生光电效应的单色光的最低频率约光电效应的单色光的最低频率约为为 ()A11014 HzB81014 HzC21015 Hz D81015 Hz答案：答案：B答案：答案：C(二二)光电效应的图像及应用光电效应的图像及应用光电效应四类图像对比光电效应四类图像对比续表续表答案：答案：AD2Uc-图像图像用用金金属属铷铷为为阴阴极极的的光光电电管管，观观测测光光电电效效应应现现象象，实实验验装装置置示示意意图图如如图图甲甲所所示示，实实验验中中测测得得铷铷的的遏遏止止电电压压Uc与与入入射射光光频频率率之之间间的的关关系系如如图图乙乙所所
13、示示，图图线线与与横横轴轴交交点点的的横横坐坐标标为为5.151014 Hz。已已知知普普朗朗克克常常量量h6.631034 Js。则则下下列列说说法法中正确的中正确的是是 ()A欲测遏止电压，应选择电源左端为正极欲测遏止电压，应选择电源左端为正极B当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大C增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大D如如果果实实验验中中入入射射光光的的频频率率7.001014 Hz，则则产产生生的的光光电电子子的的最最大大初初动
14、动能能Ek1.21019 J解解析析：用用题题图图甲甲所所示示的的实实验验装装置置测测量量铷铷的的遏遏止止电电压压Uc与与入入射射光光频频率率，光光电电管管左左端端是是阳阳极极，则则电电源源左左端端为为负负极极，A错错误误；当当电电源源左左端端为为正正极极时时，将将滑滑动动变变阻阻器器的的滑滑片片向向右右滑滑动动的的过过程程中中，刚刚开开始始电电压压增增大大，光光电电流流增增大大，当当光光电电流流达达到到饱饱和和值值，不不再再增增大大，即即电电流流表表读读数数的的变变化化是是先先增增大大，后后不不变变，B错错误误；光光电电子子的的最最大大初初动动能与入射光的频率和金属的逸出功有关能与入射光的频
15、率和金属的逸出功有关，与与入入射射光光的的强强度度无无关关，C错错误误；根根据据题题图图乙乙可可知知，铷铷的的截截止止频频率率c5.151014 Hz，根根据据hcW0，该该金金属属的的逸逸出出功功大大小小W06.6310345.151014 J3.411019 J，根根据据光光电电效效应应方方程程EkhW0，当当入入射射光光的的频频率率为为7.001014 Hz时时，则则最最大大初初动动能为能为Ek6.6310347.01014 J3.411019 J1.21019 J，D正确。正确。答案：答案：D3同频率入射光的同频率入射光的I-U图像图像红红外外测测温温仪仪的的原原理理是是：任任何何物物
16、体体的的温温度度在在高高于于绝绝对对零零度度(273)时时都都会会向向外外发发出出红红外外线线，额额温温枪枪通通过过红红外外线线照照射射到到温温度度传传感感器器，发发生生光光电电效效应应，将将光光信信号号转转化化为为电电信信号号，计计算算出出温温度度数数据据。已已知知人人的的体体温温正正常常时时能能辐辐射射波波长长为为10 m 的的红红外外线线，如如图图甲甲所所示示，用用该该红红外外线线照照射射光光电电管管的的阴阴极极K时时，电电路路中中有有光光电电流流产产生生，实实验验得得到到的的电电流流随随电电压压变变化化的的图图像像如如图图乙乙所所示示，已已知知h6.631034 Js，e1.61019 C，则则 ()A波长为波长为10 m的红外线在真空中的频率为的红外线在真空中的频率为31014 HzB将图甲的电源反接，一定不会产生电信号将图甲的电源反接，一定不会产生电信号C由图乙数据可知，该光电管的阴极金属逸出功约为由图乙数据可知，该光电管的阴极金属逸出功约为0.1 eVD若人体温度升高，则辐射红外线的强度减弱，光电管转换成的光电流减小若人体温度升高，则辐射红外线的强度减弱，光电管转换成的光
