江苏专版高考物理总复习 第62讲 光电效应波粒二象性讲义.docx
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江苏专版高考物理总复习第62讲光电效应波粒二象性讲义
第62讲 光电效应 波粒二象性
考情剖析
考查内容
考纲要求
考查年份
考查详情
能力要求
普朗克能量子假说
黑体和黑体辐射、
光电效应、
光的波粒二象性 物质波
Ⅰ
14年
T12C
(1)—选择,考查了光电效应方程的应用
分析综合
15年
T12C
(1)—选择,考查了光电效应、热中子衍射、黑体辐射、德布罗意波波长的理解
分析综合
17年
T12C
(2)—填空,考查了德布罗意波长
分析综合
弱项清单,光电效应计算错误,没有正确理解光电效应产生的条件,答题技巧欠佳;p=
=
公式记忆不到位,物理量字母书写不规范.
知识整合
一、黑体辐射与能量子
1.黑体与黑体辐射
(1)黑体:
是指能够完全________入射的各种波长的电磁波而不发生________的物体.
(2)黑体辐射的实验规律
①一般材料的物体,辐射的电磁波除与________有关外,还与材料的________及________有关.
②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关.
a.随着温度的升高,各种波长的辐射强度都________.
b.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较________的方向移动.
2.能量子
为解释黑体辐射规律,1900年普朗克提出了能量________假说.
(1)定义:
普朗克认为,带电微粒辐射或者吸收能量时,只能辐射或吸收某个________值的整数倍.即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的.这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子.
(2)能量子的大小:
ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h称为普朗克常量.h=6.63×10-34J·s.
二、光电效应
1.光电效应现象
光电效应:
在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象,叫做光电效应,发射出来的电子叫做________,形成的电流称________.
2.光电效应规律
(1)存在着饱和电流.在光照条件不变的情况下,随着光电管所加正向电压的增大,光电流增大,但最终光电流趋于一个定值,不再随正向电压的增大而增大,这个稳定的光电流称________,饱和电流的强度随入射光强度的增大而________.
(2)存在着遏止电压.光电管两端加反向电压时,使光电流________的反向电压,称为遏止电压.反向遏止电压的存在意味着光电子具有最大的初动能.
实验表明,对于一定频率的光,遏止电压都是一样的,与光强无关,与频率有关.频率越大,遏止电压越大.意味着光子的最大初动能与入射光的________无关,只随入射光的______增大而增大.
(3)存在截止频率.当入射光的频率减小到某一数值时,即使不加反向电压也没有光电流.这表明:
当低于这个频率时,没有光电子从金属表面逸出,不能发生光电效应.不同的金属的截止频率________.
(4)光电效应具有瞬时性.光照射到金属表面时,光电子的发射几乎是________的,不需要时间的积累.
3.爱因斯坦光电效应方程
(1)光子说:
空间传播的光的能量是不连续的,是一份一份的,每一份叫做一个光子.光子的能量为ε=________.
(2)光电效应方程:
____________.
三、康普顿效应
光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面.前者表明光子具有________,后者表明光子除了具有________之外还具有________.
四、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.
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,因此光波又叫概率波.
(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λ=
,p为运动物体的动量,h为普朗克常量.
方法技巧考点1 光电效应方程及光子说对光电效应的解释
1.光照射金属时,电子吸收一个光子(形成光电子)的能量后,动能立即增大,不需要积累能量的过程.
2.电子从金属表面逸出,首先必须克服金属原子核的引力做功(逸出功W),要使入射光子的能量不小于W才会发生光电效应.频率ν=
,即是极限频率.
3.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频率的增大而增大.
4.光强越强,光子数目越多,逸出的光电子数目越多,饱和电流也越大.
【典型例题1】 (17年常州一模)如图所示的是研究光电效应的装置的电路图,若用某一频率的光照射光电管阴极P,发现电流表有读数,则增加光的强度,电流表示数________(选填“变大”、“变小”或“不变”).若开关K断开时,用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P,发现电流表读数不为零,合上开关,调节滑动变阻器,当电压表读数大于或等于0.60V时,电流表读数为零,由此可知阴极材料的逸出功为________eV.
1.(17年苏锡常镇一模)如图所示为研究光电效应现象的实验,电路中所有元件完好,当光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,可能的原因是( )
A.入射光强度较弱
B.入射光波长太长
C.电源电压太高
D.光照射时间太短
【学习建议】 加强对产生光电效应的条件进行正确地理解.
考点2 光电效应曲线图象的理解
1.Ekmν曲线
如图所示的是光电子最大初动能Ekm随入射光频率ν的变化曲线.这里,横轴上的截距是阴极金属的极限频率;纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值;斜率为普朗克常量.
2.IU曲线
(1)如图所示的是光电流I随光电管两极板间电压U的变化曲线,图中Im为饱和光电流,Uc为遏止电压.
(2)在用相同频率不同强度的光去照射阴极K时,得到IU曲线如图所示,它显示出对于不同强度的光,Uc是相同的,这说明同频率、不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的.
【典型例题2】 (17年南京一模)光照射某金属产生光电效应时,实验测得光电子最大初动能与照射光频率的图象如图所示,其中图线与横轴交点坐标为ν0,则该金属的逸出功为________.用一束波长范围为λ1~λ2,且λ1<λ2的光照射该金属时产生光电效应,则光电子的最大初动能为________.已知普朗克常量为h,光在真空中传播速度为c.
【学习建议】 对ν=
公式的记忆要牢固,提高计算的正确率.
2.(17年苏北四市联考)图示为金属A和B的遏止电压Uc和入射光频率ν的关系图象,由图可知金属A的截止频率________(选填“大于”、“小于”或“等于”)金属B的截止频率;如果用频率为5.5×1014Hz的入射光照射两种金属,从金属______(选填“A”或“B”)逸出光电子的最大初动能较大.
【典型例题3】 (16年常州一模)用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应,得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图.则a光光子的频率________(选填“大于”、“小于”或“等于”)b光光子的频率;a光的强度________(选填“大于”、“小于”或“等于”)b光的强度.
考点3 对光的波粒二象性、物质波的理解
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.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.频率越低波动性越显著,越容易看到光的干涉和衍射现象;频率越高粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和衍射现象,贯穿本领越强.
3.光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时,往往表现为粒子性.
【典型例题4】 (多选)在单缝实验中,中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上.假设现在只让一个光子通过单缝,那么该光子( )
A.一定落在中央亮纹上
B.一定落在亮纹处
C.可能落在暗纹处
D.落在中央亮纹处的可能性最大
【学习建议】 加强对波粒二象性及概率波的理解.
当堂检测 1.(17年苏北六市联考)(多选)2017年1月,我国“墨子号”量子科学实验卫星正式进入应用研究.在量子理论中,有共同来源的两个微观粒子,不论它们相距都远,它们总是相关的,一个粒子状态的变化会立即影响到另一个粒子,这就是所谓的量子纠缠.关于量子理论,下列说法中正确的有( )
A.玻尔氢原子理论,第一次提出了能量量子化的观念
B.爱因斯坦研究光电效应提出光子说,光子说属于量子理论的范畴
C.量子理论中,实物粒子具有波粒二象性
D.微观粒子在受力状况和初速度确定的前提下,可以确定它此后运动状态和位置
2.(17年苏锡常镇二模)如图是研究光电效应的实验装置,用一定频率的光照射阴极K,当滑片P处于图示位置时,电流表的示数不为零,为使电流表示数减小,下列办法可行的是( )
第2题图
A.将滑片P向右移动B.减小入射光的强度
C.换用电动势更大的电源D.将电源的正、负极对调
3.(17年江苏高考)质子(
H)和α粒子(
He)被加速到相同动能时,质子的动量________(选填“大于”、“小于”或“等于”)α粒子的动量,质子和α粒子的德布罗意波波长之比为________.
4.小明用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意如图甲所示.已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s.
甲
乙
第4题图
(1)图甲中电极A为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”);
(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示,则铷的截止频率νc=________Hz,逸出功W0=________J;
(3)如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek=________J.
5.(17年南通泰州一模)一铜板暴露在波长为λ的紫外线中,观测到有电子从铜板表面逸出.在铜板所在空间加一方向垂直于板面、大小为E的匀强电场时,电子能运动到距板面的最大距离为d.已知真空中的光速为c,普朗克常量为h,电子电荷量为e,求:
(1)入射光光子的能量;
(2)铜板的极限频率.
第62讲 光电效应
波粒二象性知识整合
基础自测
一、1.
(1)吸收 反射
(2)①温度 种类 表面状况 ②温度 a.增加 b.短
2.量子化
(1)最小能量
二、1.光电子 光电流
2.
(1)饱和电流 增大
(2)减小到零 强度 频率 (3)不同 (4)瞬时
3.
(1)hν
(2)Ek=hν-W0
三、能量 能量 动量
四、1.
(1)波动
(2)粒子 (3)波粒二象
2.
(1)大 小
方法技巧
·典型例题1·变大 1.9 【解析】 电流表有计数,说明发生了光电效应,光电流的大小与光的强度成正比,增加光的强度,电流表示数变大.电压表读数大于或等于0.6V时,电流表计数为零根据题意光电子的最大初动能为Ek=qU=0.6eV,根据光电效应方程W0=hν-Ek=1.9eV.
·变式训练1·B 【解析】 光的强度和光照时间不能决定能否发生光电效应,电源电压为正向电压且光照到光电管上灵敏电流计中没有电流,则可能没有发生光电效应,即入射光的频率过小,波长过长造成的.
·典型例题2·hν0 h
-hν0 【解析】 最大初动能为零,则入射光的能量等于逸出功,所以W0=hν0.根据光电效应方程,Ekm=hν-W0,用一束波长范围为λ1~λ2,且λ1<λ2的光照射该金属时产生光电效应,入射光的最小波长为λ1~λ2,且λ1,即频率最大,那么产生的光电子的最大初动能为Ekm=h
-hν0,
·变式训练2·小于 A 【解析】 根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W0及能量守恒定律方程:
Ekm=eUc,得eUc=hν-W0即Uc=
-
.当Uc=0时,对应的频率为截止频率,由图知金属A的截止频率小于金属B的截止频率.金属的逸出功为W0=hν0,根据Ekm=hν-hν0可知ν相同时,由于金属A的截止频率较小,所以从金属A逸出光电子的最大初动能较大.
·典型例题3·大于 大于 【解析】 由Uce=hν-W0可知遏止电压越大,入射光的频率越大.饱和电流越大,光照越强,a光的强度大于b光的强度.
·典型例题4·CD 【解析】 根据光的概率波的概念,对于一个光子通过单缝落在何处,是不可确定的,但概率最大的是落在中央亮纹处,可达到95%以上,当然也可能落在其他亮纹处和暗纹处,只不过概率比落在中央亮纹处的要小,故C、D正确.
当堂检测
1.BC 【解析】 普朗克为了解释黑体辐射现象,第一次提出了能量量子化理论,故A错误;爱因斯坦为了解释光电效应的规律,提出了光子说,光子说属于量子理论的范畴.所以B选项是正确的;在量子理论中,实物粒子具有波粒二象性,所以C选项是正确的;根据测不准原理可以知道,微观粒子在受力状况和初速度确定的前提下,并不能同时确定它此后运动状态和位置,故D错误.
2.B 【解析】 若滑片P向右移动,导致正向电压增大,而光子的最大初动能不变,饱和光电流不会变,则光电流的大小不变.故A错误.若减小入射光的强度,导致光子数目减小,则电流表的示数会减小.所以B选项是正确的.若换用电动势更大的电源,与滑片向右移动一样,饱和电流不变,则电流表示数不变.故C错误.若电源的正、负极对调,则光电管两端的电压为反向电压,若保持照射光的频率和强度不变,反向电压会阻碍光电子的移动,导致光电流可能会减小,但并一定会减小,故D错误.
3.小于 2∶1 【解析】 动能与动量的关系P=
,质子(
H)和α粒子(
He)质量之比为1∶4,所以小于.物质波的波长λ=
,可得λ=
,物质波的波长之比为2∶1.
4.
(1)阳极
(2)5.15(5.12~5.18)×1014
3.41(3.39~3.43)×10-19 (3)1.23(1.21~1.25)×10-19 【解析】
(1)由光电管的结构知,A为阳极;
(2)Ucν图象中横轴的截距表示截止频率νc,逸出功W0=hνc;(3)由爱因斯坦的光电效应方程Ek=hν-W0,可求结果.
5.
(1)h
(2)
-
【解析】
(1)根据光子能量E=hν,及ν=
,那么入射光光子的能量h
.
(2)由功能关系可以知道光电子的最大初动能Ekm=eEd,设铜板的极限频率为ν0,则E=hν0+eEd,计算得出ν0=
-
.
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