学年同步备课套餐之物理人教浙江专版选修35讲义第17章波粒二象性 2.docx
- 文档编号:30683700
- 上传时间:2023-08-19
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:102.06KB
学年同步备课套餐之物理人教浙江专版选修35讲义第17章波粒二象性 2.docx
《学年同步备课套餐之物理人教浙江专版选修35讲义第17章波粒二象性 2.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《学年同步备课套餐之物理人教浙江专版选修35讲义第17章波粒二象性 2.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
学年同步备课套餐之物理人教浙江专版选修35讲义第17章波粒二象性2
2 光的粒子性
知识内容
考试要求
必考
加试
光的粒子性
c
课时要求
1.知道光电效应现象和光电子的概念.
2.了解光电效应产生的条件.
3.了解爱因斯坦的光子说.理解光电效应方程,会用光电效应方程解决简单问题.
4.了解饱和电流、遏止电压和截止频率,理解光电效应规律.
一、光电效应及其实验规律
[导学探究] 如图1所示,取一块锌板,用砂纸将其一面擦一遍,去掉表面的氧化层,连接在验电器上(弧光灯发射紫外线).
图1
(1)用弧光灯照射锌板,看到的现象为________________________________________,
说明_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板,再用弧光灯照射,看到的现象为________________________________________________________________________,
说明____________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(3)撤去弧光灯,换用白炽灯发出的强光照射锌板,并且照射较长时间,看到的现象为________________________________________________________________________,
说明_____________________________________________________________________.
答案
(1)验电器指针偏角张开 锌板带电了.弧光灯发出的紫外线照射到锌板上,在锌板表面发射出光电子,从而使锌板带上了正电
(2)指针偏角明显减小 锌板产生光电效应是光中紫外线照射的结果而不是可见光
(3)观察不到指针的偏转 可见光不能使锌板发生光电效应
[知识梳理]
1.光电效应
照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出的现象.
2.光电子:
光电效应中发射出来的电子.
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最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率).不同的金属对应着不同的极限频率.
4.光电效应的实验规律
(1)存在着饱和电流:
在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大.
(2)存在着遏止电压和截止频率:
入射光的频率低于截止频率时不能(填“能”或“不能”)发生光电效应.
(3)光电效应具有瞬时性:
光电效应中产生电流的时间不超过10-9s.
5.逸出功
使电子脱离某种金属所做功的最小值,用W0表示,不同金属的逸出功不同.
[即学即用] 判断下列说法的正误.
(1)光电效应中“光”指的是可见光.( × )
(2)能否发生光电效应,取决于光的强度.( × )
(3)光电子不是光子.( √ )
(4)逸出功的大小与入射光无关.( √ )
二、爱因斯坦的光电效应方程
[知识梳理]
1.光子说:
在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光的能量子,简称光子,光子的能量ε=hν.其中h=6.63×10-34J·s,称为普朗克常量.
2.最大初动能:
发生光电效应时,金属表面上的电子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.
3.光电效应方程
(1)表达式:
hν=Ek+W0或Ek=hν-W0.
(2)物理意义:
金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量一部分用于克服金属的逸出功W0,剩下的表现为逸出后电子的最大初动能.
(3)光电效应方程说明了产生光电效应的条件
若有光电子逸出,则光电子的最大初动能必须大于零,即Ek=hν-W0>0,亦即hν>W0,ν>
=νc,而νc=
恰好是光电效应的截止频率.
4.Ek-ν曲线.如图2所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的曲线.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.
图2
[即学即用] 判断下列说法的正误.
(1)从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小.( × )
(2)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比.( × )
(3)入射光若能使某金属发生光电效应,则入射光的强度越大,照射出的光电子越多.( √ )
(4)遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关.( √ )
一、光电效应现象及其实验规律
1.光电效应的实质:
光现象
电现象.
2.光电效应中的光包括不可见光和可见光.
3.光电子:
光电效应中发射出来的电子,其本质还是电子.
4.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.
5.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.
6.光电效应与光的电磁理论的矛盾
按光的电磁理论,应有:
(1)光越强,光电子的初动能越大,遏止电压与光的强弱有关.
(2)不存在截止频率,任何频率的光都能产生光电效应.
(3)在光很弱时,放出电子的时间应远大于10-9s.
例1
一验电器与锌板相连(如图3所示),用一紫外线灯照射锌板,关灯后,验电器指针保持一定偏角.
图3
(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触,则验电器指针偏角将________(填“增大”“减小”或“不变”).
(2)使验电器指针回到零,再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板,验电器指针无偏转.那么,若改用强度更大的红外线灯照射锌板,可观察到验电器指针__________(填“有”或“无”)偏转.
答案
(1)减小
(2)无
解析
(1)当用紫外线灯照射锌板时,锌板发生光电效应,锌板放出光电子而带上正电,此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电,故指针发生了偏转.当带负电的金属小球与锌板接触后,中和了一部分正电荷,从而使验电器的指针偏角减小.
(2)使验电器指针回到零,用钠灯发出的黄光照射锌板,验电器指针无偏转,说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率,而红外线比黄光的频率还要低,更不可能使锌板发生光电效应.能否发生光电效应与入射光的强弱无关.
例2
入射光照射到某金属表面上发生光电效应,若入射光的强度减弱,而频率保持不变,那么( )
A.从光照至金属表面上到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将减小
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
答案 C
解析 发生光电效应几乎是瞬时的,选项A错误.入射光的强度减弱,说明单位时间内的入射光子数目减少;频率不变,说明光子能量不变,逸出的光电子的最大初动能也就不变,选项B错误.入射光子的数目减少,逸出的光电子数目也减少,故选项C正确.入射光照射到某金属上发生光电效应,说明入射光频率不低于这种金属的极限频率,入射光的强度减弱而频率不变,同样能发生光电效应,故选项D错误.
二、光电效应方程的理解与应用
1.光电效应方程实质上是能量守恒方程.
(1)能量为ε=hν的光子被电子所吸收,电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引,另一部分就是电子离开金属表面时的动能.
(2)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:
Ek=hν-W0.
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→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→产生光电子的最大初动能大.
例3
在光电效应实验中,某金属的截止频率相应的波长为λ0,该金属的逸出功为______.若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验,则其遏止电压为______.已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.
答案
解析 由光电效应方程知,光电子的最大初动能Ek=hν-W0,其中金属的逸出功W0=hνc,又由c=λν知W0=
,用波长为λ的单色光照射时,其Ek=
-
=hc
.又因为eUc=Ek,所以遏止电压Uc=
=
.
例4
(多选)(2016·宁波北仑中学高二第二学期期中)如图4是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象.由图象可知( )
图4
A.该金属的逸出功等于E
B.该金属的逸出功等于hνc
C.当入射光的频率为2νc时,产生的光电子的最大初动能为E
D.当入射光的频率为
时,产生的光电子的最大初动能为
答案 ABC
解析 根据光电效应方程有:
Ek=hν-W0,其中W0为金属的逸出功:
W0=hνc,所以有:
Ek=hν-hνc,由此结合图象可知,该金属的逸出功为E,或者W0=hνc,当入射光的频率为2νc时,代入方程可知产生的光电子的最大初动能
为E,故A、B、C正确;当入射光的频率为
时,小于极限频率,不能发生光电效应,故D错误.
1.逸出功W0对应着某一截止频率νc,即W0=hνc,只有入射光的频率ν≥νc时才有光电子逸出,即才能发生光电效应.
2.对于某一金属(νc一定),入射光的频率决定着能否产生光电效应及光电子的最大初动能,而与入射光的强度无关.
3.逸出功和截止频率均由金属本身决定,与其他因素无关.
1.(多选)如图5所示,用弧光灯照射擦得很亮的锌板,验电器指针张开一个角度,则下列说法中正确的是( )
图5
A.用紫外线照射锌板,验电器指针会发生偏转
B.用红光照射锌板,验电器指针会发生偏转
C.锌板带的是负电荷
D.使验电器指针发生偏转的是正电荷
答案 AD
解析 将擦得很亮的锌板与验电器连接,用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线),验电器指针张开一个角度,说明锌板带了电,进一步研究表明锌板带正电.这说明在紫外线的照射下,锌板中有一部分自由电子从表面飞出,锌板带正电,选项A、D正确.红光不能使锌板发生光电效应.
2.(多选)(2016·余姚中学高二第二学期期中)a、b两束单色光从同一介质入射到空气中时,a光的临界角较小,光强度也较b光弱,照射同种金属发生光电效应时,下列判断中正确的是( )
A.a光照射时,单位时间内发射的光电子数较多,且光电子最大初动能较大
B.a光照射时,单位时间内发射的光电子数较少,且光电子最大初动能较大
C.b光照射时,单位时间内发射的光电子数较多,且光电子最大初动能较小
D.b光照射时,单位时间内发射的光电子数较少,且光电子最大初动能较小
答案 BC
3.(2016·江苏·12C(3))几种金属的逸出功W0见下表:
金属
钨
钙
钠
钾
铷
W0(×10-19J)
7.26
5.12
3.66
3.60
3.41
用一束可见光照射上述金属的表面,请通过计算说明哪些能发生光电效应.已知该可见光的波长范围为4.0×10-7~7.6×10-7m,普朗克常量h=6.63×10-34J·s.
答案 钠、钾、铷能发生光电效应
解析 光子的能量E=
,取λ=4.0×10-7m,则E≈5.0×10-19J,根据E>W0判断,钠、钾、铷能发生光电效应.
一、选择题
1.当用一束紫外线照射锌板时,发生了光电效应,这时( )
A.锌板带负电
B.有正离子从锌板逸出
C.有电子从锌板逸出
D.锌板会吸附空气中的正离子
答案 C
解析 当用一束紫外线照射锌板时,产生了光电效应,有电子从锌板逸出,锌板带正电,选项C正确,A、B、D错误.
2.(2016·绍兴一中高二第二学期期中)用蓝光照射一光电管,能产生光电流,则下列一定可以使光电管发生光电效应的有( )
A.红光B.黄光
C.绿光D.紫光
答案 D
解析 紫光的频率大于蓝光的频率,一定能够使光电管发生光电效应,红光的频率、黄光的频率、绿光的频率都小于蓝光的频率,不一定能使光电管发生光电效应.
3.(多选)现用某一光电管进行光电效应实验,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( )
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
答案 AC
解析 在发生光电效应时,饱和光电流大小由光照强度来决定,与频率无关,光照强度越大饱和光电流越大,因此A正确,B错误;根据Ek=hν-W0可知,对于同一光电管,逸出功W0不变,当频率变高时,最大初动能Ek变大,因此C正确;由光电效应规律可知,当频率低于截止频率时无论光照强度多大,都不会有光电流产生,因此D错误.
4.(2016·丽水高二下学期期中)硅光电池是利用光电效应原理制成的器件.下列表述正确的是( )
A.硅光电池是把光能转变为电能的一种装置
B.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
D.任意频率的光照射到硅光电池上都能发生光电效应
答案 A
解析 硅光电池是利用光电效应将光能转变为电能的一种装置,故A正确;硅光电池中吸收了光子能量的电子只有光子的能量大于逸出功才能逸出,故B错误;光电子的最大初动能与入射光的频率有关,随着入射光的频率增大而增大,故C错误;只有当入射光的频率大于等于金属的极限频率时才能发生光电效应,故D错误.
5.(多选)(2016·湖州市高二下学期期中)如图1所示,与锌板相连的验电器指针原来是闭合的,现让紫外线灯发出的光照射锌板,发现验电器指针张开了,则( )
图1
A.验电器的指针带了正电
B.该实验表明光是一种电磁波
C.增强紫外线灯的发光强度,指针张角会增大
D.红光照射锌板,验电器的指针张角一定会变得更大
答案 AC
解析 用紫外线灯照射锌板时,验电器指针发生了偏转,知发生了光电效应,电子从锌板中逸出,此时锌板失去电子带正电,故A正确.光是一种电磁波,但本实验无法得出此结论,故B错误.紫外光越强,单位时间内逸出的光电子数目越多,则带电荷量越大,所以验电器的指针偏角越大,故C正确.因为红光的频率小于紫外线的频率,用红光照射,不一定发生光电效应,故D错误.
6.某金属的逸出功为2.3eV,这意味着( )
A.这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3eV的功即可脱离表面
B.这种金属表层的电子克服原子核引力做2.3eV的功即可脱离表面
C.要使这种金属有电子逸出,入射光子的能量可能小于2.3eV
D.这种金属受到光照时若有电子逸出,则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3eV
答案 B
解析 逸出功指原子的最外层电子脱离原子核克服引力做的功,选项B正确.
7.如图2所示是光电效应中光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象.从图中可知( )
图2
A.Ek与ν成正比
B.入射光频率必须小于极限频率νc时,才能发生光电效应
C.对同一种金属而言,Ek仅与ν有关
D.Ek与入射光强度成正比
答案 C
解析 由Ek=hν-W0知C正确,A、B、D错误.
8.分别用波长为λ和
λ的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为1∶2,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为( )
A.
B.
C.
D.
答案 A
解析 根据光电效应方程得
Ek1=h
-W0①
Ek2=h
-W0②
又Ek2=2Ek1③
联立①②③得W0=
,A正确.
9.(多选)(2016·瑞安中学高二第二学期期中)用频率为ν的光照射在某金属表面时产生了光电子,当光电子垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动时,其最大半径为R,若以W表示逸出功,m、e表示电子的质量和电量,h表示普朗克常量,则电子的最大初动能是( )
A.hν+WB.
C.hν-WD.
答案 CD
10.实验得到金属钙的光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图3所示.下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功,参照下表可以确定的是( )
图3
金属
钨
钙
钠
截止频率ν0/1014Hz
10.95
7.73
5.53
逸出功W0/eV
4.54
3.20
2.29
A.如用金属钨做实验得到的Ekm-ν图线也是一条直线,其斜率比图中直线的斜率大
B.如用金属钠做实验得到的Ekm-ν图线也是一条直线,其斜率比图中直线的斜率大
C.如用金属钠做实验得到的Ekm-ν图线也是一条直线,设其延长线与纵轴交点的坐标为(0,-Ek2),则Ek2<Ek1
D.如用金属钨做实验,当入射光的频率ν<ν1时,可能会有光电子逸出
答案 C
解析 由光电效应方程Ekm=hν-W0可知Ekm-ν图线是直线,且斜率相同,A、B项错;由表中所列的截止频率和逸出功数据可知C项正确,D项错误.
二、非选择题
11.在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图4所示.若该直线的斜率和纵截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表示为________,所用材料的逸出功可表示为________.
图4
答案 ek -eb
解析 光电效应中,入射光子能量hν,克服逸出功W0后多余的能量转换为电子动能,eUc=hν-W0,整理得Uc=
ν-
,斜率即
=k,所以普朗克常量h=ek,纵截距为b,即eb=-W0,所以逸出功W0=-eb.
12.铝的逸出功为4.2eV,现用波长为200nm的光照射铝的表面.已知h=6.63×10-34J·s,求:
(结果保留三位小数)
(1)光电子的最大初动能;
(2)遏止电压;
(3)铝的截止频率.
答案
(1)3.225×10-19J
(2)2.016V
(3)1.014×1015Hz
解析
(1)根据光电效应方程Ek=hν-W0有
Ek=
-W0=
J-4.2×1.6×10-19J=3.225×10-19J
(2)由Ek=eUc可得
Uc=
=
V≈2.016V.
(3)由hνc=W0知
νc=
=
Hz≈1.014×1015Hz.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 学年同步备课套餐之物理人教浙江专版选修35讲义第17章波粒二象性 学年 同步 备课 套餐 物理 浙江 专版 选修 35 讲义 17 章波粒 二象性