（新課標(biāo)）2018版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 動量 近代物理初步 第3講 光電效應(yīng) 波粒二象性教案

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1、 第3講　光電效應(yīng)　波粒二象性 知識點一　光電效應(yīng) 1.定義：在光的照射下從物體發(fā)射出　　　　的現(xiàn)象(發(fā)射出的電子稱為光電子). 2.產(chǎn)生條件：入射光的頻率　　　　極限頻率. 3.光電效應(yīng)規(guī)律 (1)存在著飽和電流：對于一定顏色的光，入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多. (2)存在著遏止電壓和截止頻率：光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強弱無關(guān).當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時不發(fā)生光電效應(yīng). (3)光電效應(yīng)具有瞬時性：當(dāng)頻率超過截止頻率時，無論入射光怎樣微弱，幾乎在照到金屬時立即產(chǎn)生光電流，時間不超過10－9 s. 答案：1.電子　2.大于 知識點二

2、　愛因斯坦光電效應(yīng)方程 1.光子說：在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子，光子的能量ε＝　　　　. 2.逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的　　　　. 3.最大初動能：發(fā)生光電效應(yīng)時，金屬表面上的　　　　吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值. 4.光電效應(yīng)方程 (1)表達式：hν＝Ek＋W0或Ek＝　　　　. (2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量有一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動能. 答案：1.hν　2.最小值　3.電子　4.hν－W0 知識點三　光的波粒二象性與物質(zhì)波

3、1.光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有　　　　　性. (2)光電效應(yīng)說明光具有　　　　性. (3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的　　　　性. 2.物質(zhì)波 (1)概率波：光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達概率　　　　的地方，暗條紋是光子到達概率　　　　的地方，因此光波又叫概率波. (2)物質(zhì)波：任何一個運動著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對應(yīng)，其波長λ＝　　　　，p為運動物體的動量，h為普朗克常量. 答案：1.(1)波動　(2)粒子　(3)波粒二象 2.(1)大　小　(2) (1)光子和光電子都是實

4、物粒子.(　　) (2)只要入射光的強度足夠強，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng).(　　) (3)要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量必須大于金屬的逸出功.(　　) (4)光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比.(　　) (5)光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性.(　　) (6)德國物理學(xué)家普朗克提出了量子假說，成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律.(　　) (7)美國物理學(xué)家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)，證實了光的粒子性.(　　) (8)法國物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實物粒子在一定條件下會表現(xiàn)為波動性.(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√ (6)×　(7)

5、√　(8)√ 考點　光電效應(yīng)現(xiàn)象和光電效應(yīng)方程的應(yīng)用 1.任何一種金屬，都有一個與之對應(yīng)的極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)；低于這個頻率的光不能發(fā)生光電效應(yīng).所以判斷光電效應(yīng)是否發(fā)生應(yīng)該比較題目中給出的入射光頻率和對應(yīng)金屬的極限頻率的大小. 2.兩條對應(yīng)關(guān)系 (1)光強大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大； (2)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大. 3.定量分析時應(yīng)抓住三個關(guān)系式 (1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0. (2)最大初動能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc. (3)逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0＝hν0.

6、 考向1　用光電管研究光電效應(yīng)現(xiàn)象 [典例1]　(多選)現(xiàn)用某一光電管進行光電效應(yīng)實驗，當(dāng)用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生.下列說法正確的是(　　) A.保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大 B.入射光的頻率變高，飽和光電流變大 C.入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大 D.保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生 [解析]　根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，則飽和光電流變大，選項A正確.由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，入射光的頻率變高，產(chǎn)生的光電子最大初動能變大，而飽和光電流與入射光的頻率和光強都有關(guān)，選項B錯誤，C正

7、確.保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率時，就不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電流產(chǎn)生，選項D錯誤. [答案]　AC 考向2　愛因斯坦光電效應(yīng)方程的應(yīng)用 [典例2]　在光電效應(yīng)實驗中，某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長為λ0，該金屬的逸出功為　　　　.若用波長為λ(λ＜λ0)的單色光做該實驗，則其遏止電壓為　　　　.(已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h) [解析]　設(shè)金屬的截止頻率為ν0，則該金屬的逸出功W0＝hν0＝h；對光電子，由動能定理得eU0＝h－W0，解得U0＝·. [答案]　　· [變式1]　以往我們認(rèn)識的光電效應(yīng)是單光子光電效

8、應(yīng)，即一個電子在極短時間內(nèi)只能吸收到一個光子而從金屬表面逸出.強激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的認(rèn)識，用強激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個電子在極短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實驗證實. 光電效應(yīng)實驗裝置示意圖如圖所示.用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng).換用同樣頻率ν的強激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負(fù)極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場.逐漸增大U，光電流會逐漸減?。划?dāng)光電流恰好減小到零時，所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量)(　

9、　) A.U＝－　 B.U＝－ C.U＝2hν－W D.U＝－ 答案：B　解析：同頻率的光照射K極，普通光不能使其發(fā)生光電效應(yīng)，而強激光能使其發(fā)生光電效應(yīng)，說明一個電子吸收了多個光子.設(shè)吸收的光子個數(shù)為n，光電子逸出的最大初動能為Ek，由光電效應(yīng)方程知：Ek＝nhν－W(n≥2)?、伲还怆娮右莩龊罂朔p速電場做功，由動能定理知Ek＝eU?、?聯(lián)立上述兩式得U＝－，當(dāng)n＝2時，即為B選項，其他選項均不可能. 對光電效應(yīng)的四點提醒 (1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強度而取決于光的頻率. (2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光. (3)逸出功的大小由金屬本身

10、決定，與入射光無關(guān). (4)光電子不是光子，而是電子. 考點　光電效應(yīng)的圖象分析 圖象名稱 圖象形狀 由圖線直接(間接)得到的物理量 最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線 ①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標(biāo)νc ②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標(biāo)的絕對值 W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：圖線的斜率k＝h 顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系 ①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點 ②飽和光電流Im：電流的最大值 ③最大初動能：Ekm＝eUc 顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系 ①遏止電壓Uc1、Uc2 ②飽和光電流 ③最大初動能Ek1＝eUc

11、1，Ek2＝eUc2 遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線 ①截止頻率νc：圖線與橫軸的交點 ②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大 ②普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電量的乘積，即h＝ke(注：此時兩極之間接反向電壓) 考向1　對Ek-ν圖象的理解 [典例3]　(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，由圖可知(　　) A.該金屬的截止頻率為4.27×1014 Hz B.該金屬的截止頻率為5.5×1014 Hz C.該圖線的斜率表示普朗克常量 D.該金屬的逸出功為0.5

12、eV [解析]　圖線在橫軸上的截距為截止頻率，A正確，B錯誤；由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可知圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功為W0＝hν0＝ eV＝1.77 eV，D錯誤. [答案]　AC 考向2　對I-U圖象的理解 [典例4]　(2017·甘肅蘭州模擬)在光電效應(yīng)實驗中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示，則可判斷出(　　) A.甲光的頻率大于乙光的頻率 B.乙光的波長大于丙光的波長 C.乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率 D.甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能 [

13、解析]　由于是同一光電管，因而不論對哪種光，極限頻率和逸出功都相同，對于甲、乙兩種光，反向截止電壓相同，因而頻率相同，A項錯誤；丙光對應(yīng)的反向截止電壓較大，因而丙光的頻率較高，波長較短，對應(yīng)的光電子的最大初動能較大，故C、D項均錯，只有B項正確. [答案]　B 考向3　對Uc-ν圖象的理解 [典例5]　用不同頻率的光照射某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，測量金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν，得到Uc-ν圖象如圖所示，根據(jù)圖象求出該金屬的截止頻率νc＝　　　　Hz，普朗克常量h＝　　　 J·s.(已知電子電荷量e＝1.6×10－19 C) [解析]　由題圖線可知νc＝5.0×1014 Hz，又eU

14、c＝hν－W0，所以Uc＝ν－.結(jié)合圖線可得 k＝＝ V/Hz， h＝ J·s＝6.4×10－34 J·s. [答案]　5.0×1014　6.4×10－34 1.在Uc-ν圖象中，圖線與橫軸的交點νc表示截止頻率，而在Ek-ν圖象中，圖線與橫軸的交點νc代表極限頻率. 2.普朗克常量記為h，是一個物理常量，用以描述量子大小.在微觀世界，每一個能量子的大小等于普朗克常量與頻率的乘積，即E＝hν. 考點　光的波粒二象性、物質(zhì)波 1.從數(shù)量上看：個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性. 2.從頻率上看：頻率越低波動性越顯著，越容易看到光的干涉和

15、衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，貫穿本領(lǐng)越強，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象. 3.從傳播與作用上看：光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)為粒子性. 4.波動性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量E＝hν、光子的動量表達式p＝也可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ. 5.理解光的波粒二象性時不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀概念中的粒子. 考向1　對光的波粒二象性的理解 [典例6]　物理學(xué)家做了一個有趣的實驗：在雙縫干涉實驗中，在光屏處放上照相底片，若減弱光的強度，使光子只能一

16、個一個地通過狹縫.實驗結(jié)果表明，如果曝光時間不太長，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點；如果曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋.對這個實驗結(jié)果下列認(rèn)識正確的是(　　) A.曝光時間不長時，光的能量太小，底片上的條紋看不清楚，故出現(xiàn)不規(guī)則的點 B.單個光子的運動沒有確定的軌道 C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方 D.只有光子具有波粒二象性，微觀粒子不具有波粒二象性 [解析]　單個光子通過雙縫后的落點無法預(yù)測，大量光子的落點出現(xiàn)一定的規(guī)律性，落在某些區(qū)域的可能性較大，這些區(qū)域正是波通過雙縫后發(fā)生干涉時振幅加強的區(qū)域.光具有波粒二象性，少數(shù)光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子

17、的行為表現(xiàn)為波動性.所以正確選項為B、C.不論光子還是微觀粒子，都具有波粒二象性. [答案]　BC 考向2　對物質(zhì)波的理解 [典例7]　(2017·浙江臺州模擬)1927年戴維孫和湯姆孫分別完成了電子衍射實驗，該實驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理實驗之一.如圖所示的是該實驗裝置的簡化圖，下列說法不正確的是(　　) A.亮條紋是電子到達概率大的地方 B.該實驗說明物質(zhì)波理論是正確的 C.該實驗再次說明光子具有波動性 D.該實驗說明實物粒子具有波動性 [解析]　由題意可知，亮條紋是電子到達概率大的地方，暗條紋是粒子到達概率小的地方，故A正確；電子是實物粒子，能發(fā)生衍射現(xiàn)象，該實驗

18、說明物質(zhì)波理論是正確的，不能說明光子的波動性，故B、D正確，C錯誤.本題選錯誤的，故選C. [答案]　C 微觀粒子中的粒子性與宏觀概念中的粒子性不同，通俗地講，宏觀粒子運動有確定的軌道，能預(yù)測，遵守經(jīng)典物理學(xué)理論，而微觀粒子運動軌道具有隨機性，不能預(yù)測，也不遵守經(jīng)典物理學(xué)理論；微觀粒子的波動性與機械波也不相同，微觀粒子的波動性是指粒子到達不同位置的機會不同，遵守統(tǒng)計規(guī)律，所以這種波叫概率波. 1.[對波粒二象性的理解](多選)關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中正確的是(　　) A.不僅光子具有波粒二象性，一切運動的微粒都具有波粒二象性 B.運動的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一

19、個小孔時，都沒有特定的運動軌道 C.波動性和粒子性在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的 D.實物的運動有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性 答案：ABC　解析：光具有波粒二象性是微觀世界具有的特殊規(guī)律，大量光子運動的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動性，而單個光子的運動表現(xiàn)出光的粒子性.光的波長越長，波動性越明顯；光的頻率越高，粒子性越明顯.而宏觀物體的德布羅意波的波長太小，很難觀察到波動性，并不是不具有波粒二象性，D錯誤. 2.[對物質(zhì)波的理解](多選)根據(jù)物質(zhì)波理論，以下說法中正確的是(　　) A.只有微觀粒子有波動性 B.宏觀物體具有波動性 C.宏觀物體的波動性

20、不易被人觀察到是因為它的波長太長 D.速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動性更為明顯 答案：BD　解析：因一切運動的物體都具有波動性，故A選項錯誤，B選項正確；宏觀物體的物質(zhì)波波長很短，人們不易觀察到它的波動性，C選項錯誤；速度相同的質(zhì)子與電子相比，因電子質(zhì)量較小，物質(zhì)波波長更長，所以電子波動性更明顯，故D選項正確. 3.[對光電效應(yīng)的理解](多選)對光電效應(yīng)的解釋正確的是(　　) A.金屬鈉的每個電子可以吸收一個或一個以上的光子，當(dāng)它積累的動能足夠大時，就能逸出金屬 B.如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應(yīng) C.發(fā)生光電效

21、應(yīng)時，入射光越強，光子的能量就越大，光電子的最大初動能就越大 D.由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)入射光的最低頻率也不同 答案：BD　解析：按照愛因斯坦的光子說，光的能量是由光的頻率決定的，與光強無關(guān)，入射光的頻率越大，發(fā)生光電效應(yīng)時產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大.但要使電子離開金屬須使電子具有足夠的動能.而電子增加的動能只能來源于照射光的光子能量，但電子只能吸收一個光子，不能吸收多個光子，否則即使光的頻率低，只要照射時間足夠長，也會發(fā)生光電效應(yīng).電子從金屬逸出時只有從金屬表面向外逸出的電子克服原子核的引力所做的功最小. 4.[對光電效應(yīng)的理解](多選)如圖所示，

22、這是一個研究光電效應(yīng)的電路圖，下列敘述中正確的是(　　) A.只調(diào)換電源的極性，移動滑片P，當(dāng)電流表示數(shù)為零時，電壓表示數(shù)為遏止電壓U0的數(shù)值 B.保持光照條件不變，滑片P向右滑動的過程中，電流表示數(shù)將一直增大 C.不改變光束顏色和電路，增大入射光束強度，電流表示數(shù)會增大 D.圖中入射光束的頻率減小到某一數(shù)值f0時，無論滑片P怎樣滑動，電流表示數(shù)都為零，則f0是陰極K的極限頻率 答案：BCD　解析：當(dāng)只調(diào)換電源的極性時，電子從K到A減速運動，到A恰好速度為零時對應(yīng)電壓為遏止電壓，所以A項錯誤.當(dāng)其他條件不變，P向右滑動，加在光電管兩端的電壓增加，光電子的運動更快，由I＝得電流表讀

23、數(shù)變大，B項正確.只增大入射光束強度時，單位時間內(nèi)光電子數(shù)變多，電流表示數(shù)變大，C項正確.當(dāng)光束的頻率為f0時，無論P怎樣滑動，電流表示數(shù)都為零，說明未飛出光電子，則有W＝hf0，所以f0為陰極K的極限頻率，D項正確. 5.[對光電效應(yīng)方程的理解]用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子最大初動能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek-ν圖象.已知鎢的逸出功是3.28 eV，鋅的逸出功是3.34 eV.若將二者的圖線畫在同一個Ek-ν坐標(biāo)系中，如圖所示，用實線表示鎢，虛線表示鋅，則正確反映這一過程的是(　　) 　　　A　　　　　　　　　　　B 　　　C　　　　　　

24、　　　　　D 答案：A　解析：依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，Ek-ν圖線的斜率代表普朗克常量h，因此鎢和鋅的Ek-ν圖線應(yīng)該平行.圖線的橫軸截距代表截止頻率ν0，而ν0＝，因此鎢的截止頻率小些，綜上所述，A圖正確. 6.[光電效應(yīng)方程的應(yīng)用]在某次光電效應(yīng)實驗中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示.若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的絕對值為e，則普朗克常量可表示為　　　　，所用材料的逸出功可表示為　　　　. 答案：ek?。璭b　解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0及Ekm＝eUc得Uc＝－，故＝k，b＝－，得h＝ek，W0＝－eb. - 10 -