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1、第四章第四章 波粒二象性波粒二象性学习目标物理与STSE1知道普朗克的能量子假说2知道爱因斯坦的光子说以及光子能量的表达式(重点)3知道爱因斯坦的光电效应方程以及对光电效应规律的解释(重点、难点)知识点一能量子假说和光子假说1能量子假说(1)假说内容：物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是h的整数倍(2)能量量子：h称为一个能量量子，其中是辐射频率，h是一个常量，称为普朗克常量，h6.631034 Js.(3)在微观世界里，物理量的取值通常是不连续的，只能取一些分立的值这种物理量分立取值的现象称为量子化现象2光子假说(1)内容：光子说：1905年，爱因斯坦提出，光的能量不是连续的，而
2、是一份一份的，每一份叫作一个光子一个光子的能量为h，h是普朗克常量，是光的频率(2)意义：利用光子假说可以完美地解释光电效应的各种特征知识点二光电效应方程1逸出功W0：电子脱离离子的束缚而逸出表面，这个功称为金属的逸出功2白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳散射的结果，美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖假设一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比()A频率变大 B速度变小C光子能量变大 D波长变长探究一对光子概念的理解1光子不是光电子：光子指光在空间传播时的每
3、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由光子的能量确定光电子的动能：光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，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，需克服原子核的引力做功最小，具有的初动能最大光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能3光子的能量与入射光的强度的关系：光子的能量即每个光子的能量，其值为Eh(为光子的频率)，其大小由光的频率决定入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强
4、度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积【典例1】氦氖激光器发射波长为6.328107 m的单色光，试计算这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为18 mW，则每秒钟发射多少个光子？(h6.631034 Js)光能量子Eh，光能是光子能量的整数倍，即E总nnh.普朗克量子化理论，认为电磁波的能量是量子化的、不连续的，总能量是能量子的整数倍，即E总n，其中h，因此，只要知道电磁波的频率即可解答光是一种电磁波，光能量子简称光子其能量值是光能量的最小单位，h，其中为光的频率，通常结合c，确定的值1(2022全国卷)一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6107 m的
5、光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为31014个普朗克常量为h6.631034 Js.R约为()A1102 m B3102 mC6102 m D9102 m探究二爱因斯坦光子说对光电效应的解释1对光电流存在饱和值，以及饱和光电流随光强增大而增大的解释当光强一定时，单位时间照射到金属表面的光子数是一定的，一般情况下一个电子只能吸收一个光子，这样导致单位时间从阴极K射出的光电子数量也是一定的如果单位时间从阴极K运动到阳极A的光电子数量小于单位时间从阴极K射出的光电子数量，那么增大外加正向电压时会使单位时间到达阳极A的光电子数量增多，这样光电流就随正向电压的增大而增大当正向电压增大
6、到一定程度，以至于单位时间到达阳极A的光电子数量等于从阴极K射出的光电子数量时，这时无论再怎么增大外加的正向电压，光电流都不会增加，也就是光电流达到了饱和值光的频率不变，此时增大光的强度，就是增加单位时间照射到金属表面的光子的数量，会导致单位时间从阴极K射出的光电子数量和到达阳极A的光电子数量都增大，饱和光电流的数值也就增加了2对存在截止频率的解释发生光电效应的条件可从光子能量、光子频率和光的波长三个角度确定，即：(1)hW0；(2)c；(3)c.(1)电子离开金属需要克服原子核的束缚做功，金属中不同位置的电子，离开金属表面需要克服原子核束缚做的功也不相同，逸出的电子克服原子核束缚做功的最小值
7、叫作这种金属的逸出功逸出功只由金属本身决定，与入射光无关【典例2】一束黄光照射某金属表面发生了光电效应，下列说法正确的是()A若增加黄光的照射强度，则逸出的光电子数不变B若增加黄光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加C若改用红光照射，则可能不会发生光电效应D若改用红光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加解析：光的强度增大，则单位时间内选出的光电子数目增多，根据光电效应方程知，光电子的最大初动能不变；故A、B错误；因为红光的频率小于黄光的频率，则用红光照射时不一定发生光电效应，故C正确；若是红光照射，若能发生光电效应，根据光电效应方程EkhW0 知，由于红光的频率小，所以光电子的最大初动能减
8、小，故D错误答案：C(1)能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关(2)发生光电效应时，产生的光电子数与入射光的频率无关，与入射光的强度有关3(2022广东梅州高二期末)用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么()Aa光的频率一定小于b光的频率B只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大C增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转D用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c解析：a光能发生光电效应而b光不能发生光电效应，可知a光频率大于极
9、限频率而b光频率小于极限频率，即a光的频率一定大于b光的频率，A错误；只增加a光的强度可使逸出的光电子增多，则通过电流计G的电流增大，B正确；是否能发生光电效应与光强度无关，故增加b光的强度不可能使电流计G的指针发生偏转，C错误；用a光照射光电管阴极K时光电子由d到c，则通过电流计G的电流是由c到d，D错误故选B.答案：B探究三光电效应方程及其应用1光电效应方程EkhW0的四点理解(1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0Ek范围内的任何数值(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程能量为h的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的
10、吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能如果克服吸引力做功最少，为W0，则电子离开金属表面时动能最大，为Ek，根据能量守恒定律可知：EkhW0.(4)Ek-曲线如图所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率的变化曲线这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量2光电效应规律中的两条线索、两个关系(1)两条线索(2)两个关系光强大光子数目多发射光电子多光电流大；光子频率高光子能量大光电子的最大初动能大【典例3】如图所示，一光电管的阴极是用极限波长0500 nm的钠制成的，用波长300 nm的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U2.1 V，饱和光
11、电流的值I0.56 A.(1)求每秒内由K极发射的光电子数；(2)求光电子到达A极时的最大动能；(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增加到原值的三倍，此时光电子到达A极时最大动能是多大？(普朗克常量h6.631034 Js，真空中的光速c3108 m/s，电子的电荷量e1.61019 C)(3)根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，如果电势差U不变，则光电子到达A极的最大动能不变，Ek6.0121019 J.答案：(1)3.51012个(2)6.0121019 J(3)6.0121019 J4很多商店装有光电池电子眼探测设备，当顾客到来时，门会自动打开这种设备的原理是：当光
12、的强度发生变化时，传感器产生的电流大小发生改变，这是光电效应的一种应用若始终能够发生光电效应，则下列说法正确的是()A入射光的强度一定时，波长越长，单位时间内逸出的光电子越多B入射光的强度越大，光电子的最大初动能一定越大C光电子的最大初动能越大，光电子形成的电流强度一定越大D用同一单色光照射光电管，单位时间内逸出的光电子数越多，光电子的最大初动能越大解析：入射光的强度一定时，波长越长，频率越小，由h可知，单个光子的能量越小，则单位时间内照射到金属板上的光子数越多，逸出的光电子越多，故A正确；由光电效应方程EkhW0可知，光电子的最大初动能只与入射光的频率和金属的逸出功有关，故B、D错误；光电子形成的电流强度与入射光的强度和频率有关，和最大初动能无关，故C错误答案：A5.在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率的关系如图所示，由实验图像不能求出 ()A该金属的逸出功B该金属的极限频率C单位时间内逸出的光电子数D普朗克常量D项能求出；图线与纵轴的截距的绝对值等于金属的逸出功W0，图线与横轴的截距表示金属的极限频率，故A、B两项能求出；单位时间内逸出光电子个数与光强有关，与入射光频率无关，光强越强单位时间内逸出光电子数越多，C项不能求出答案：C
