2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第十二章 原子與原子核 第1課時 光電效應(yīng) 波粒二象性課件 教科版.ppt

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第十二章原子與原子核 第1課時光電效應(yīng)波粒二象性 基礎(chǔ)回顧 核心探究 演練提升 基礎(chǔ)回顧自主梳理 融會貫通 知識梳理 一 光電效應(yīng)1 定義當(dāng)光照射在金屬表面上時 金屬中的會因吸收光的能量而逸出金屬表面的現(xiàn)象 電子 2 光電子光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子 3 光電效應(yīng)的特征 1 對于給定的光電陰極材料 都存在一個發(fā)生光電效應(yīng)所需的入射光的最小頻率 0 叫做光電效應(yīng)的截止頻率 只有截止頻率的光 才能引起光電效應(yīng) 不同金屬材料的截止頻率不同 超過 2 當(dāng)入射光的頻率高于截止頻率 光電流出現(xiàn)時 光電流的大小由光強(qiáng) 光強(qiáng)越大 光電流越 3 從陰極發(fā)出的光電子的最大初動能與入射光的頻率成 4 只要光的頻率大于截止頻率 即使用極弱的入射光 光電子總能 約10 9s 發(fā)射出來 決定 大 線性關(guān)系 立刻 4 用光電管研究光電效應(yīng) 1 電路如圖所示 2 光電流與飽和電流 入射光強(qiáng)度 入射到金屬表面單位面積上的能量 頻率一定時 越大 光子數(shù)越多 光電流 光電子在電路中形成的電流 光電流有最大值 未達(dá)到最大值以前 其大小和 都有關(guān) 達(dá)到最大值以后 光電流與光強(qiáng)成正比 飽和電流 在的光照射下的最大光電流 飽和電流不隨電路中的增大而增大 單位時間內(nèi) 光強(qiáng) 光強(qiáng) 電壓 一定頻率與強(qiáng)度 電壓 把一塊鋅板連接在驗電器上 并使鋅板帶負(fù)電 驗電器指針張開 用紫外線燈照射鋅板 觀察到驗電器指針張角減小至閉合又張開 1 驗電器指針張角為何會變化 2 如果紫外線的強(qiáng)度增加 將對光電效應(yīng)產(chǎn)生什么影響 答案 1 開始驗電器帶負(fù)電 用紫外線照射鋅板后 鋅板發(fā)生光電效應(yīng) 鋅板帶正電 結(jié)果使驗電器負(fù)電荷中和后帶正電 2 當(dāng)紫外線強(qiáng)度增加時 鋅板上的正電荷數(shù)增加 使驗電器指針張角增大 二 愛因斯坦光電效應(yīng)方程1 光子每一光子的能量為 不同頻率的光子具有不同的能量 h 2 愛因斯坦光電效應(yīng)方程 1 表達(dá)式 h 2 物理意義 金屬板內(nèi)的電子從入射光中吸收一個光子的能量h 之后 一部分消耗于電子由金屬內(nèi)逸出表面時所需做的功W 叫 另一部分轉(zhuǎn)化為光電子的動能mv2 逸出功 三 光的波粒二象性與物質(zhì)波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 波動 2 光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有性 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(yùn)動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn) 亮條紋是光子到達(dá)概率的地方 暗條紋是光子到達(dá)概率的地方 因此光波是一種概率波 粒子 波粒二象 大 小 2 物質(zhì)波任何一個運(yùn)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 p為運(yùn)動物體的動量 h為普朗克常量 自主檢測 1 思考判斷 1 光子和光電子都是與之相對應(yīng)的一種波 2 只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng) 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 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) 進(jìn)一步證實了光的粒子性 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 8 2 2018 湖北天門模擬 多選 在光電效應(yīng)實驗中 用頻率為 的光照射光電管陰極 發(fā)生了光電效應(yīng) 下列說法正確的是 A 增大入射光的強(qiáng)度 光電流增大B 減小入射光的強(qiáng)度 光電效應(yīng)現(xiàn)象消失C 改用頻率小于 的光照射 一定不發(fā)生光電效應(yīng)D 改用頻率大于 的光照射 光電子的最大初動能變大 AD 解析 用頻率為 的光照射光電管陰極 發(fā)生光電效應(yīng) 改用頻率較小的光照射時 有可能發(fā)生光電效應(yīng) 故C錯誤 根據(jù)h mv2 W可知增加照射光的頻率 光電子最大初動能增大 故D正確 增大入射光強(qiáng)度 單位時間內(nèi)照射到單位面積的光子數(shù)增加 則光電流將增大 故A正確 光電效應(yīng)是否發(fā)生與照射光頻率有關(guān)而與照射光強(qiáng)度無關(guān) 故B錯誤 3 入射光照到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng) 若入射光的強(qiáng)度減弱 而頻率保持不變 那么以下說法正確的是 A 從光照射到金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B 逸出的光電子的最大初動能減小C 逸出的光電子的最大初動能增大D 單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少 D 解析 電子吸收光子時間非常短 是瞬時性的 故A錯誤 同一光電效應(yīng)中 頻率不變 光電子飛出的最大初動能不變 故B C錯誤 入射光的強(qiáng)度減弱 而頻率不變 則單位時間內(nèi)吸收光子的電子數(shù)減少 相應(yīng)地從金屬表面逸出的光電子數(shù)也減少 故D正確 核心探究分類探究 各個擊破 考點一光電效應(yīng)規(guī)律 1 光電效應(yīng)的實質(zhì)光子照射到金屬表面 某個電子吸收光子的能量使其動能變大 當(dāng)電子的動能增大到足以克服原子核的引力時 便飛出金屬表面成為光電子 2 截止頻率的實質(zhì)光子的能量與頻率有關(guān) 而金屬中電子克服原子核引力需要的能量是一定的 光子的能量必須大于金屬的逸出功時才能發(fā)生光電效應(yīng) 這個能量的最小值等于這種金屬對應(yīng)的逸出功 所以每種金屬都有一定的截止頻率 3 對光電效應(yīng)瞬時性的理解光照射到金屬上時 電子吸收光子的能量不需要積累 吸收的能量立即轉(zhuǎn)化為電子的能量 因此電子對光子的吸收十分迅速 4 對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋 5 光電子的最大初動能電子吸收光子能量后 一部分克服阻礙作用做功 剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動能 只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動能 對于確定的金屬 W是一定的 故光電子的最大初動能只隨入射光的頻率增大而增大 6 光電效應(yīng)中的對應(yīng)關(guān)系 典例1 2017 黑龍江鶴崗一模 關(guān)于光電效應(yīng) 下列說法正確的是 A 截止頻率越大的金屬材料逸出功越大B 只要光照射的時間足夠長 任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)C 從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大 這種金屬的逸出功越小D 入射光的強(qiáng)度一定時 頻率越高 單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多 A 核心點撥 1 是否產(chǎn)生光電子 決定于入射光的最低頻率 不是看光照時間 2 產(chǎn)生多少光電子 看入射光的強(qiáng)度和頻率 解析 逸出功W h 0 知截止頻率越大 逸出功越大 故A正確 光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的截止頻率 與光照時間無關(guān) 故B錯誤 根據(jù)光電效應(yīng)方程h mv2 W知 最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系 不會影響金屬的逸出功 故C錯誤 入射光的強(qiáng)度一定時 頻率越高 光子的能量值越大 入射光中的光子的數(shù)目越少 單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越少 故D錯誤 反思總結(jié)光電效應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì) 1 光電效應(yīng)是發(fā)生在金屬表面的現(xiàn)象 2 不管是否發(fā)生光電效應(yīng) 金屬表面的電子都只吸收一個光子 不能同時吸收兩個光子 3 逸出功是克服金屬表面做功的最小值 4 光電子的速度是不確定的 但有最大值 即光電子具有最大初動能 5 光的強(qiáng)度簡稱為光強(qiáng) 光強(qiáng)決定于光子的頻率與入射光子數(shù) 多維訓(xùn)練 1 光電效應(yīng)現(xiàn)象 2018 廣東中山模擬 多選 如圖所示 用導(dǎo)線把驗電器與鋅板相連接 當(dāng)用紫外線照射鋅板時 發(fā)生的現(xiàn)象是 A 有光子從鋅板逸出B 有光電子從鋅板逸出C 驗電器指針張開一個角度D 鋅板帶負(fù)電 BC 解析 用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應(yīng)的 鋅板上的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出 稱之為光電子 故A錯誤 B正確 鋅板與驗電器相連 帶有相同電性的電荷 鋅板失去電子應(yīng)該帶正電 則驗電器指針張開一角度 故C正確 D錯誤 B 考點二光電效應(yīng)圖像問題 四類圖像 典例2 2018 宜興市模擬 從1907年起 密立根就開始測量金屬的遏止電壓Uc 即圖1所示的電路中電流表G的讀數(shù)減小到零時加在電極K A之間的反向電壓 與入射光的頻率 由此算出普朗克常量h 并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的h相比較 以檢驗愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性 按照密立根的方法我們利用圖示裝置進(jìn)行實驗 得到了某金屬的Uc 圖像如圖2所示 下列說法正確的是 A 該金屬的截止頻率約為4 27 1014HzB 該金屬的截止頻率約為5 50 1014HzC 該圖線的斜率為普朗克常量D 該圖線的斜率為這種金屬的逸出功 A 核心點撥 1 金屬Uc 圖線與橫軸的交點坐標(biāo)表示該金屬遏止電壓為0時 入射光的頻率 題后反思求解光電效應(yīng)問題應(yīng)抓住的三個關(guān)系式 多維訓(xùn)練 1 I U圖像 2018 九江模擬 研究光電效應(yīng)的電路如圖所示 用頻率相同 強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板 陰極K 鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收 在電路中形成光電流 下列光電流I與A K之間的電壓UAK的關(guān)系圖像中 正確的是 C 解析 同種光對應(yīng)的遏止電壓即光電流I 0時對應(yīng)的反向電壓為一確定值 在發(fā)生光電效應(yīng)的條件下 光越強(qiáng) 飽和電流越大 故C正確 A B D錯誤 ABC 考點三光的波粒二象性物質(zhì)波 1 對光的波粒二象性的進(jìn)一步理解 2 物質(zhì)波 1 定義 任何運(yùn)動著的物體都有一種波與之對應(yīng) 這種波也叫德布羅意波 典例3 2018 陜西寶雞模擬 關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性 下列說法中不正確的是 A 不僅光子具有波粒二象性 一切運(yùn)動的微粒都具有波粒二象性B 大量光子的行為表現(xiàn)出光的波動性 而少量光子的行為表現(xiàn)出光的粒子性C 光的波長越長 粒子性越明顯 光的頻率越高 波動性越明顯D 宏觀物體的德布羅意波的波長太小 實際很難觀察到波動性 C 解析 光具有波粒二象性是微觀世界具有的特殊規(guī)律 大量光子的行為表現(xiàn)出光的波動性 而少量光子表現(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 宏觀物體的德布羅意波的波長太小 實際很難觀察到波動性 故A B D正確 C錯誤 誤區(qū)警示波粒二象性的 三個易錯點 1 光子的粒子性并不否認(rèn)光的波動性 2 宏觀運(yùn)動物體也具有波動性 只是波長太短 很難觀察到 3 微觀粒子的波動性與機(jī)械波不同 微觀粒子的波是概率波 AB 1 波粒二象性問題 2018 河北邢臺模擬 多選 波粒二象性是微觀世界的基本特征 以下說法正確的有 A 光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性B 熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性C 黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋D 動能相等的質(zhì)子和電子 它們的德布羅意波長也相等 多維訓(xùn)練 2 物質(zhì)波 2018 南昌質(zhì)檢 多選 關(guān)于物質(zhì)波下列說法中正確的是 A 實物粒子與光子一樣都具有波粒二象性 所以實物粒子與光子是相同本質(zhì)的物質(zhì)B 物質(zhì)波和光波都是概率波C 粒子的動量越大 其波動性越易觀察D 粒子的動量越小 其波動性越易觀察 BD 解析 實物粒子與光子一樣都具有波粒二象性 但實物粒子與光子不是同一種物質(zhì) 故A錯誤 根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波理論 物質(zhì)波和光波一樣都是概率波 故B正確 根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波理論公式 可知粒子的動量越大 波長越小 其波動性越不明顯 粒子的動量越小 波長越長 其波動性越明顯 越容易觀察 故D正確 C錯誤 演練提升真題體驗 強(qiáng)化提升 1 光電效應(yīng)問題 2017 全國 卷 19 多選 在光電效應(yīng)實驗中 分別用頻率為 a b的單色光a b照射到同種金屬上 測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub 光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb h為普朗克常量 下列說法正確的是 A 若 a b 則一定有Ua b 則一定有Eka EkbC 若Ua b 則一定有h a Eka h b Ekb BC 解析 由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知 Eka h a W Ekb h b W 當(dāng) a b時 Eka Ekb 選項B正確 由最大初動能和遏止電壓的關(guān)系知 eUa Eka eUb Ekb 若 a b 得Eka Ekb進(jìn)而知Ua Ub 選項A錯誤 若Ua Ub 則一定有Eka Ekb 選項C正確 對同一種金屬逸出功相同 則有h a Eka h b Ekb W 選項D錯誤 2 光子能量問題 2017 北京卷 18 2017年年初 我國研制的 大連光源 極紫外自由電子激光裝置 發(fā)出了波長在100nm 1nm 10 9m 附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖 大連光源 因其光子的能量大 密度高 可在能源利用 光刻技術(shù) 霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用 一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子 但又不會把分子打碎 據(jù)此判斷 能夠電離一個分子的能量約為 取普朗克常量h 6 6 10 34J s 真空光速c 3 108m s A 10 21JB 10 18JC 10 15JD 10 12J B 解析 光子能量E h h 將h 6 6 10 34J s c 3 108m s代入得E 1 98 10 18J 故選項B正確 3 波粒二象性問題 2015 全國 卷 35 多選 實物粒子和光都具有波粒二象性 下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是 A 電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣B 射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡C 人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)D 人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)E 光電效應(yīng)實驗中 光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān) 與入射光的強(qiáng)度無關(guān) ACD 解析 電子束通過雙縫產(chǎn)生干涉圖樣 體現(xiàn)的是波動性 A正確 射線在云室中留下清晰的徑跡 不能體現(xiàn)波動性 B錯誤 衍射體現(xiàn)的是波動性 C正確 電子顯微鏡利用了電子的波動性來觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) D正確 光電效應(yīng)體現(xiàn)的是光的粒子性 E錯誤 4 光電效應(yīng)的圖像問題 2015 全國 卷 35 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 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 eb