【步步高】高考物理大一輪 第十三章 第2課時(shí) 光電效應(yīng)　波粒二象性 新人教版選修35.doc

第2課時(shí)光電效應(yīng)波粒二象性導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1.能認(rèn)識(shí)光電效應(yīng)現(xiàn)象，理解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，會(huì)用光子說解釋光電效應(yīng).2.掌握光電效應(yīng)方程，會(huì)計(jì)算逸出功、極限頻率、最大初動(dòng)能等物理量一、黑體輻射與能量子基礎(chǔ)導(dǎo)引判斷下列說法的正誤：(1)一般物體輻射電磁波的情況與溫度無關(guān)，只與材料的種類及表面情況有關(guān) ()(2)黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波，不反射 ()(3)帶電微粒輻射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍 ()(4)普朗克最先提出了能量子的概念 ()知識(shí)梳理1黑體與黑體輻射(1)黑體：是指能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體(2)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律一般材料的物體，輻射的電磁波除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，如圖1所示圖1a隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加b隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)2能量子(1)定義：普朗克認(rèn)為，帶電微粒輻射或者吸收能量時(shí)，只能輻射或吸收某個(gè)最小能量值的整數(shù)倍即能量的輻射或者吸收只能是一份一份的這個(gè)不可再分的最小能量值叫做能量子(2)能量子的大?。篽，其中是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量h6.6261034 js(一般取h6.631034 js)特別提醒在微觀世界中能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的二、光電效應(yīng)基礎(chǔ)導(dǎo)引已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的極限頻率為c，則 ()a當(dāng)用頻率為2c的單色光照射該金屬時(shí)，一定能產(chǎn)生光電子b當(dāng)用頻率為2c的單色光照射該金屬時(shí)，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為hcc當(dāng)照射光的頻率大于c時(shí)，若增大，則逸出功增大d當(dāng)照射光的頻率大于c時(shí)，若增大一倍，則光電子的最大初動(dòng)能也增大一倍知識(shí)梳理1光電效應(yīng)現(xiàn)象光電效應(yīng)：在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫做_2光電效應(yīng)規(guī)律(1)每種金屬都有一個(gè)_(2)光子的最大初動(dòng)能與入射光的_無關(guān)，只隨入射光的_增大而增大(3)光照射到金屬表面時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是_的(4)光電流的強(qiáng)度與入射光的_成正比3愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)光子說：空間傳播的光的能量是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子光子的能量為_，其中h是普朗克常量，其值為6.631034 js.(2)光電效應(yīng)方程：_其中h為入射光的能量，ek為光電子的最大初動(dòng)能，w0是金屬的逸出功4遏止電壓與截止頻率(1)遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓uc.(2)截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的_頻率叫做該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)不同的金屬對應(yīng)著不同的極限頻率(3)逸出功：電子從金屬中逸出所需做功的_，叫做該金屬的逸出功三、光的波粒二象性、物質(zhì)波基礎(chǔ)導(dǎo)引判斷下列說法的正誤：(1)光電效應(yīng)反映了光的粒子性 ()(2)大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動(dòng)性()(3)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明了光具有波動(dòng)性 ()(4)只有運(yùn)動(dòng)著的小物體才有一種波和它相對應(yīng)，大的物體運(yùn)動(dòng)是沒有波和它對應(yīng)的()知識(shí)梳理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(dòng)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(dòng)遵守波動(dòng)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，因此光波又叫概率波(2)物質(zhì)波 任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)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(dòng)物體的動(dòng)量，h為普朗克常量.考點(diǎn)一對光電效應(yīng)規(guī)律的理解考點(diǎn)解讀1愛因斯坦光電效應(yīng)方程：ekhw0.h：光子的能量w0：逸出功ek：光電子的最大初動(dòng)能2對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋存在極限頻率c電子從金屬表面逸出，首先需克服金屬原子核的引力做功w0，要使入射光子能量不小于w0，對應(yīng)的頻率c，即極限頻率光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)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(dòng)能，只有從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動(dòng)能，對于確定的金屬，w0是一定的，故光電子的最大初動(dòng)能只隨入射光頻率的增大而增大光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性光照射金屬時(shí)，電子吸收一個(gè)光子的能量后，動(dòng)能立即增大，不需要能量積累的過程入射光越強(qiáng)，飽和電流越大入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多，因而飽和電流越大特別提醒 光電效應(yīng)方程研究的對象是從金屬表面逸出的光電子，其列式依據(jù)為能量守恒定律3由ek圖象可以得到的物理量(如圖2所示)(1)極限頻率：圖線與軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)c.圖2(2)逸出功：圖線與ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的值w0e.(3)普朗克常量：圖線的斜率kh.典例剖析例1入射光照射到某金屬表面上發(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 ()a從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加b逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小c單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少d有可能不發(fā)生光電效應(yīng)圖3跟蹤訓(xùn)練1(2011福建理綜29(1)愛因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得了1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)某種金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能ekm與入射光頻率的關(guān)系如圖3所示，其中0為極限頻率從圖中可以確定的是 ()a逸出功與有關(guān)bekm與入射光強(qiáng)度成正比c當(dāng)0時(shí)，會(huì)逸出光電子d圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān)考點(diǎn)二波粒二象性考點(diǎn)解讀1粒子的波動(dòng)性：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，滿足如下關(guān)系：和，這種波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波2光的波粒二象性光既有波動(dòng)性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機(jī)的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為：(1)個(gè)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(dòng)性(2)頻率越低波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)(3)光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，往往表現(xiàn)為粒子性典例剖析例2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(dòng)的微粒都具有波粒二象性b運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個(gè)小孔時(shí)，都沒有特定的運(yùn)動(dòng)軌道c波動(dòng)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(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的d實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性跟蹤訓(xùn)練2如圖4所示，用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，p處為亮條紋，q處為暗條紋不改變單色光的頻率，而調(diào)整光源使其極微弱，并把單縫調(diào)至只能使光子一個(gè)一個(gè)地過去，那么過去的某一光子 ()圖4a一定到達(dá)p處 b一定到達(dá)q處c可能到達(dá)q處 d都不正確考點(diǎn)三光電效應(yīng)方程的應(yīng)用典例剖析圖5例3如圖5所示，當(dāng)開關(guān)s斷開時(shí)，用光子能量為2.5 ev的一束光照射陰極p，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60 v時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 v時(shí)，電流表讀數(shù)為零(1)求此時(shí)光電子的最大初動(dòng)能的大小；(2)求該陰極材料的逸出功思維導(dǎo)圖跟蹤訓(xùn)練3(2010四川理綜18)用波長為2.0107 m的紫外線照射鎢的表面，釋放出來的光電子中最大的動(dòng)能是4.71019 j由此可知，鎢的極限頻率是(普朗克常量h6.631034 js，光速c3.0108 m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字) ()a5.51014 hz b7.91014 hzc9.81014 hz d1.21015 hz16.用光電管研究光電效應(yīng)例4(2010江蘇單科12c)研究光電效應(yīng)的電路如圖6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)系圖象中，正確的是_ 建模感悟1常見電路(如圖所示)2兩條線索(1)通過頻率分析：光子頻率高光子能量大產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大(2)通過光的強(qiáng)度分析：入射光強(qiáng)度大光子數(shù)目多產(chǎn)生的光電子多光電流大3概念辨析跟蹤訓(xùn)練4如圖7是利用光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理示意圖，用可見光照射光電管的陰極k，電流表中有電流通過，則()a滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭由a端向b端滑動(dòng)的過程中，電流 表中一定無電流通過圖7b滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭由a端向b端滑動(dòng)的過程中，電流表的示數(shù)一定會(huì)持續(xù)增大c將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭置于b端，改用紫外線照射陰極k，電流表中一定有電流通過d將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭置于b端，改用紅外線照射陰極k，電流表中一定有電流通過a組光電效應(yīng)規(guī)律的理解1光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：對于某種金屬 ()a無論光強(qiáng)多強(qiáng)，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)b無論光的頻率多低，只要光照時(shí)間足夠長就能產(chǎn)生光電效應(yīng)c超過極限頻率的入射光強(qiáng)度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越小d超過極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越大2對光電效應(yīng)的理解正確的是 ()a金屬鈉的每個(gè)電子可以吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子，當(dāng)它積累的動(dòng)能足夠大時(shí)，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(shí)所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應(yīng)c發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動(dòng)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b組光電效應(yīng)方程的應(yīng)用3(2010浙江理綜16)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)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8所示則可判斷出()圖8a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(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能4(2011課標(biāo)35(1)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長為0，該金屬的逸出功為_若用波長為(0)的單色光做該實(shí)驗(yàn)，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.c組光的波粒二象性5下列表述正確的是 ()a衰變的實(shí)質(zhì)在于原子核內(nèi)某個(gè)中子轉(zhuǎn)化成了一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子b光的波動(dòng)性不是由于光子之間的相互作用引起的c湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，并提出了原子核結(jié)構(gòu)模型d德布羅意的“物質(zhì)波”假設(shè)否定了光具有波動(dòng)性6在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(qiáng)占整個(gè)從單縫射入的光強(qiáng)的95%以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過單縫，那么該光子 ()a一定落在中央亮紋處b一定落在亮紋處c可能落在暗紋處d落在中央亮紋處的可能性最大課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練(限時(shí)：45分鐘)一、選擇題1愛因斯坦由光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，猜測光具有粒子性，從而提出光子說，從科學(xué)研究的方法來說，這屬于 ()a等效替代 b控制變量c科學(xué)假說 d數(shù)學(xué)歸納21905年是愛因斯坦的“奇跡”之年，這一年他先后發(fā)表了三篇具有劃時(shí)代意義的論文，其中關(guān)于光量子的理論成功的解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是 ()a當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng)b光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比c光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度成正比d某單色光照射一金屬時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)，改用波長較短的光照射該金屬可能發(fā)生光電效應(yīng)3(2009寧夏、遼寧理綜)關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是 ()a極限頻率越大的金屬材料逸出功越大b只要光照射的時(shí)間足夠長，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)c從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大，這種金屬的逸出功越小d入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多4(2011上海單科2)用一束紫外線照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的措施是 ()a改用頻率更小的紫外線照射b改用x射線照射c改用強(qiáng)度更大的原紫外線照射d延長原紫外線的照射時(shí)間5以下說法正確的是 ()a貝克勒爾通過對天然放射現(xiàn)象的研究發(fā)現(xiàn)了原子的核式結(jié)構(gòu)b衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的c用綠光照射一光電管，能夠發(fā)生光電效應(yīng)，欲使光電子從陰極逸出時(shí)的最大初動(dòng)能增大，可改用紫光照射d已知能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)的單色光的極限頻率為0，則當(dāng)頻率為20的單色光照射該金屬時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為2h06. 如圖1是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能ek與入射光頻率的關(guān)系圖象由圖象可知 ()a該金屬的逸出功等于e圖1b該金屬的逸出功等于hcc入射光的頻率為2c時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為ed入射光的頻率為時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為7如圖2所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為4.27，與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)為0.5)由圖可知 ()圖2a該金屬的截止頻率為4.271014 hzb該金屬的截止頻率為5.51014 hzc該圖線的斜率表示普朗克常量d該金屬的逸出功為0.5 ev8在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，小明同學(xué)用同一實(shí)驗(yàn)裝置(如圖3a)在甲、乙、丙三種光的照射下得到了三條電流表與電壓表讀數(shù)之間的關(guān)系曲線，如圖b所示則正確的是 ()圖3a乙光的頻率小于甲光的頻率b甲光的波長大于丙光的波長c丙光的光子能量小于甲光的光子能量d乙光對應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能小于丙光的光電子最大初動(dòng)能9下表給出了一些金屬材料的逸出功.材料銫鈣鎂鈹鈦逸出功(1019 j)3.04.35.96.26.6現(xiàn)用波長為400 nm的單色光照射上述材料，能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料最多有幾種(普朗克常量h6.631034 js，光速c3.0108 m/s) ()a2種 b3種 c4種 d5種二、非選擇題10用同一束單色光，在同一條件下先后照射鋅片和銀片，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)，在這兩個(gè)過程