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1、第30讲PART 30光电效应波粒二象性教材知识梳理考点互动探究教师备用习题一、光电效应1.光电效应现象在光的照射下,金属中的从表面逸出的现象,发射出来的电子叫.2.光电效应的产生条件入射光的频率金属的极限频率.3.光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率,入射光的频率必须这个极限频率才能产生光电效应.教材知识梳理电子大于或等于光电子大于或等于(2)光电子的最大初动能与入射光的无关,只随入射光频率的增大而.(3)光电效应的发生几乎是瞬时的,一般不超过10-9 s.(4)当入射光的频率大于极限频率时,饱和光电流的大小与入射光的强度成.教材知识梳理强度增大正比二、爱因斯坦光电效应方程1.光子说:
2、在空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份叫作一个光子,光子的能量=.2.逸出功W0:电子从金属中逸出所需做功的.3.最大初动能:发生光电效应时,金属表面上的吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值.4.光电效应方程(1)表达式: Ek=.教材知识梳理h最小值电子h-W0(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逸出功W0,剩下的表现为逸出后电子的.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.(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.教材知识梳理最大初动
3、能波动粒子波粒二象教材知识梳理大小教材知识梳理【辨别明理】(1)光子和光电子都是实物粒子.()(2)只要入射光的强度足够大,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,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.()(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. ()教材知识梳理答案 (1)()(2)()(3)()(
4、4)()(5)() (6)()(7)()(8)()考点一对光电效应的理解考点互动探究1.(多选)人教版选修3-5改编 如图30-1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.锌板带负电图30-1考点互动探究答案 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后从锌板表面逸出,称之为光电子,故选项A错误,B正确;锌板与验电器相连,带有同种电荷,锌板失去电子,应该带正电,且失去电子越多,带的电荷量越多,验电器指针张角越大,故选项C正确,D错误.考点互动探究2.(多选)人教
5、版选修3-5改编 在光电效应实验中,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考点互动探究答案 AD解析 增大入射光强度,单位时间内照射到单位面积上的光子数增加,则光电流将增大,故选项A正确;光电效应是否发生取决于入射光的频率,而与入射光强度无关,故选项B错误;用频率为的光照射光电管阴极,发生光电效应,用频率小于的光照射时,若光的频率仍大于极限频率,则仍会发生光电效应,选项C错误;根据h-W0=Ek可知,增大入射
6、光频率,光电子的最大初动能也增大,故选项D正确.考点互动探究3.(多选)2017全国卷 在光电效应实验中,分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量.下列说法正确的是()A.若ab,则一定有Uab,则一定有EkaEkbC.若UaUb,则一定有Ekab,则一定有ha-Ekahb-Ekb考点互动探究答案 BC解析 由光电效应方程可知Ek=h-W0,该动能又会在遏止电压下恰好减为零,则eU=h-W0,其中W0为逸出功,同种金属的W0相同.若ab,则UaUb,故A错误;若ab,根据Ek=h-W0,可得Ek
7、aEkb,故B正确;若UaUb,根据Ek=eU,可得Ekab,根据Ek=h-W0可知h-Ek=W0,由于是照射到同种金属上,逸出功W0相同,故D错误.考点互动探究4.如图30-2甲所示,合上开关,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零.调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60 V时,电流表读数仍不为零,当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零.把电路改为图乙,当电压表读数为2 V时,则逸出功及电子到达阳极时的最大动能分别为()A.1.5 eV、0.6 eVB.1.7 eV、1.9 eVC.1.9 eV、2.6 eVD.3.1 eV、4.5 eV图30-
8、2考点互动探究答案 C解析 光子能量h=2.5 eV的光照射阴极,电流表读数不为零,则能发生光电效应,当电压表读数大于或等于0.6 V 时,电流表读数为零,则电子不能到达阳极,由动能定理eU=Ek知,最大初动能Ek=eU=0.6 eV,由光电效应方程h=Ek+W0知W0=1.9 eV,对图乙,当电压表读数为2 V时,电子到达阳极的最大动能Ek=Ek+eU=0.6 eV+2 eV=2.6 eV,故选项C正确.考点互动探究 要点总结分析光电效应问题应抓住两条对应关系和三个关系式(1)两条对应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.(2)三个关系式爱因斯坦
9、光电效应方程:Ek=h-W0.最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc.逸出功与极限频率的关系:W0=hc.考点二光电效应的图像问题考点互动探究常见的四类图像图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率的关系图线极限频率:图线与轴交点的横坐标c 逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0=|-E|=E普朗克常量:图线的斜率k=h考点互动探究颜色相同、强度不同的光,光电流与电压的关系遏止电压Uc:图线与横轴的交点饱和光电流Im:光电流的最大值最大初动能:Ek=eUc颜色不同时,光电流与电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eU
10、c2考点互动探究遏止电压Uc与入射光频率的关系图线极限频率c:图线与横轴交点的横坐标遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大普朗克常量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)考点互动探究例1 人教版选修3-5改编 用如图30-3甲所示的电路研究光电效应中光电流大小与照射光的强弱、频率等物理量的关系.图中A、K两极间的电压大小可调,电源的正负极也可以对调.分别用a、b、c三束单色光照射,调节A、K间的电压U,得到光电流I与电压U的关系如图乙所示.由图可知()A.单色光a和c的频率相同,但a更强些B.单色光a和c的频率相同,但a更弱些C.单色光b的频率小于a的频
11、率D.改变电源的极性不可能有光电流产生图30-3考点互动探究答案 A考点互动探究变式题1 (多选)如图30-4所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴交点的横坐标为4.271014 Hz,与纵轴交点的纵坐标为0.5 eV).由图可知()A.该金属的截止频率为4.271014 HzB.该金属的截止频率为5.51014 HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5 eV图30-4考点互动探究答案 AC考点互动探究变式题2 (多选)如图30-5甲所示,在“光电效应”实验中,某同学用相同频率的单色光分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结
12、果都能发生光电效应.图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随照射光频率变化的函数关系图像.对于这两个光电管,下列判断正确的是()A.因为不同材料的逸出功不同,所以遏止电压Uc不同B.光电子的最大初动能不同C.因为光强不确定,所以单位时间内逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同D.两个光电管的Uc-图像的斜率可能不同图30-5考点互动探究答案 ABC考点三波粒二象性考点互动探究1.对光的波粒二象性的理解光既有波动性,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)从数量上看: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)从频率上看:频率越低波动
13、性越显著,越容易看到光的干涉和明显的衍射现象;频率越高粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和明显的衍射现象,贯穿本领越强.(3)从传播与作用上看: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出粒子性.考点互动探究考点互动探究考点互动探究例2 2018绍兴鲁迅中学月考 电子显微镜的最高分辨率高达0.2 nm(波长越短,分辨率越高),如果有人制造出质子显微镜,在加速到相同的速度情况下,质子显微镜的最高分辨率将()A.小于0.2 nmB. 大于0.2 nmC.等于0.2 nmD. 以上说法均不正确考点互动探究答案 A考点互动探究变式题1 关于对微观粒子的认识,下列说法中正确的是()A.粒
14、子的位置和动量可以同时确定B.粒子的运动没有确定的轨迹C.单个粒子的运动没有规律D.粒子在某一时刻的加速度由该时刻粒子受到的合力决定答案 B考点互动探究变式题2 (多选)波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的是 ()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考点互动探究答案 AB考点互动探究变式题3 (多选)人教版选修3-5改编 1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验,该实验是荣获诺贝尔奖的近代重大物理实验之一.如图30-6所示是该实验装置的简化图
15、,下列说法正确的是()A.亮条纹是电子到达概率大的地方B.该实验说明物质波理论是正确的C.该实验再次说明光子具有波动性D.该实验说明实物粒子具有波动性答案 ABD图30-6考点互动探究变式题4 人教版选修3-5改编 物理学家做了一个有趣的双缝干涉实验:在光屏处放上照相用的底片,若减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝.实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片上只能出现一些不规则的点;如果曝光时间足够长,底片上就会出现规则的干涉条纹.对这个实验结果有下列认识,其中正确的是 ()图30-7考点互动探究A.曝光时间不太长时,底片上只能出现一些不规则的点,表现出光的波动性B.单个光子通过双缝后的落点
16、可以预测C.只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性D.干涉条纹中明亮的部分是光子到达概率较大的地方考点互动探究答案 D解析 根据爱因斯坦的“光子说”可知,单个光子表现为粒子性,而大量光子表现为波动性,所以曝光时间不太长时,底片上只能出现一些不规则的点,说明了单个光子表现为粒子性,故A错误;光子的粒子性并非宏观实物粒子的粒子性,故单个光子通过双缝后的落点无法预测,故B错误;如果曝光时间足够长,底片上就会出现规则的干涉条纹,说明了大量光子表现为波动性,故C错误;光子到达概率大的区域表现为亮条纹,而光子到达概率小的区域表现为暗条纹,故D正确.教师备用习题1.对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点,以下说法错误的是 ()A.以某一个最小能量值一份一份地辐射B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C.辐射和吸收的能量是量子化的D.吸收的能量可以是连续的答案 D解析根据量子化的理论,带电微粒辐射和吸收的能量,只能是某一最小能量值的整数倍,故A、B正确.带电粒子辐射和吸收的能量不是连续的,是量子化的,故C正确,D错误.教师备用习题教师备用习题答案 A教师备用习题教师备用习题答案 A教师备用习题教师备用习题答案 ek-eb教师备用习题教师备用习题答案 ABC
