物理選修人教新課標第十七章 波粒二象性精品課件

1、近代物理初步近代物理初步2一、光電效應及其規(guī)律一、光電效應及其規(guī)律1光電效應：光電效應：在光在光(包括不可見光包括不可見光)的照射下，從物體發(fā)射出電子的照射下，從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象的現(xiàn)象2光電效應的實驗規(guī)律光電效應的實驗規(guī)律(1)任何一種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個任何一種金屬都有一個極限頻率，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，低于這個極限頻率則不能發(fā)生光電效極限頻率才能發(fā)生光電效應，低于這個極限頻率則不能發(fā)生光電效應應(2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關，隨入射光頻率的增光電子的最大初動能與入射光的強度無關，隨入射光頻率的增大而增大大而增大(3)金屬

2、受到光照，光電子的發(fā)射一般不超過金屬受到光照，光電子的發(fā)射一般不超過109s.(4)當入射光的頻率大于極限頻率時，飽和光電流的強度與入射光當入射光的頻率大于極限頻率時，飽和光電流的強度與入射光的強度成正比的強度成正比4(1)照射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應及光電子的最照射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應及光電子的最大初動能大初動能(2)光電子是金屬表面受光照射逸出的電子，光電子也是光電子是金屬表面受光照射逸出的電子，光電子也是電子，與光子不同，光子的本質(zhì)是光電子，與光子不同，光子的本質(zhì)是光5二、光子說對光電效應規(guī)律的理解二、光子說對光電效應規(guī)律的理解1光子說光子說愛因斯坦提出：空間傳播的光不是

3、連續(xù)的，而是一份一份的，每愛因斯坦提出：空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱為一個光子，光子具有的能量與光的頻率成正比，即：一份稱為一個光子，光子具有的能量與光的頻率成正比，即：Eh，其中，其中h6.631034 Js.2愛因斯坦光電效應方程愛因斯坦光電效應方程EkhW0(Ek是光電子的最大初動能；是光電子的最大初動能；W0是逸出功，即從金屬是逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功)3用圖象表示光電效應方程用圖象表示光電效應方程(1)最大初動能最大初動能Ek與入射光頻率與入射光頻率的關系圖線如圖的關系圖線如圖(2)由曲線

4、可以得到的物理量由曲線可以得到的物理量極限頻率：圖線與極限頻率：圖線與軸交點的橫坐標軸交點的橫坐標0.逸出功：圖線與逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值軸交點的縱坐標的值W0E.普朗克常量：圖線的斜率普朗克常量：圖線的斜率kh.64對光電效應規(guī)律的解釋對光電效應規(guī)律的解釋對應規(guī)律對應規(guī)律對規(guī)律的產(chǎn)生的解釋對規(guī)律的產(chǎn)生的解釋存在極限存在極限頻率頻率0電子從金屬表面逸出，首先必須克服金屬原子核的引力做電子從金屬表面逸出，首先必須克服金屬原子核的引力做功功W0，要使入射光子能量不小于，要使入射光子能量不小于W0，對應的頻率，對應的頻率0，即，即極限頻率極限頻率光電子的最大光電子的最大初動能隨著入初動

5、能隨著入射光頻率的增射光頻率的增大而增大，與大而增大，與入射光強度無入射光強度無關關電子吸收光子能量后，一部分克服阻礙作用做功，剩余部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，電子才具有最大初動能，對于確定的金屬，W0是一定的，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故光電子的最大初動能只隨入射光的頻率增大而增大效應具有效應具有瞬時性瞬時性光照射金屬時，電子吸收一個光子的能量后，動能立即增光照射金屬時，電子吸收一個光子的能量后，動能立

6、即增大，不需要能量積累的過程大，不需要能量積累的過程光較強時飽和光較強時飽和電流大電流大光較強時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子光較強時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大較多，因而飽和電流較大光電效應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)為能量的光電效應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)為能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律轉(zhuǎn)化和守恒定律7三、用光電管研究光電效應三、用光電管研究光電效應1常見電路常見電路2光電流與飽和光電流光電流與飽和光電流(1)入射光強度：指單位時間內(nèi)入射到金屬表面入射光強度：指單位時間內(nèi)入射到金屬表面 單位面積上的能量，

7、可以理解為頻率一定時，光強越大，光子數(shù)越多單位面積上的能量，可以理解為頻率一定時，光強越大，光子數(shù)越多(2)光電流：指光電子在電路中形成的電流光電流有最大值，未光電流：指光電子在電路中形成的電流光電流有最大值，未達達 到最大值以前，其大小和光強、電壓都有關，達到最大值以后，到最大值以前，其大小和光強、電壓都有關，達到最大值以后，光電光電 流只和光強有光，光強強，光電流就大流只和光強有光，光強強，光電流就大(3)飽和光電流：指在一定頻率與強度的光照射下的最大光電流，飽和光電流：指在一定頻率與強度的光照射下的最大光電流，飽飽 和光電流不隨電路中電壓的增大而增大和光電流不隨電路中電壓的增大而增大3兩

8、條分析線索兩條分析線索(1)通過頻率分析：光子頻率高通過頻率分析：光子頻率高光子能量大光子能量大產(chǎn)生光電子的最大產(chǎn)生光電子的最大初初 動能大動能大(2)通過光的強度分析：對確定某種光而言，入射光強度大通過光的強度分析：對確定某種光而言，入射光強度大光子光子數(shù)數(shù) 目多目多產(chǎn)生的光電子多產(chǎn)生的光電子多光電流大光電流大84常見概念辨析常見概念辨析光強指單位時間內(nèi)在垂直于光的傳播方向上，單位面積上光子的光強指單位時間內(nèi)在垂直于光的傳播方向上，單位面積上光子的總能量，即總能量，即nh(其中其中n為光子數(shù)，為光子數(shù)，h指一個光子的能量指一個光子的能量)910理解光的波粒二象性時不可把光當成宏觀觀念中的波，

9、也不可把理解光的波粒二象性時不可把光當成宏觀觀念中的波，也不可把光當成宏觀觀念中的粒子光當成宏觀觀念中的粒子對光電效應規(guī)律的理解對光電效應規(guī)律的理解 例例1(1)關于光電效應，下列說法正確的是關于光電效應，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極限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)生光電效應只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應C從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小D入射光的光強一定時，頻率越高，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多入射光的光強一定時，頻率越

10、高，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多(2)用紅光照射某一光電管發(fā)生光電效應時，測得光子的最大初動能為用紅光照射某一光電管發(fā)生光電效應時，測得光子的最大初動能為Ek1，光電流強度為光電流強度為I1；若改用光的強度與上述紅光相同的紫光照射該光電管時，測；若改用光的強度與上述紅光相同的紫光照射該光電管時，測得光電子的最大初動能為得光電子的最大初動能為Ek2，光電流強度為，光電流強度為I2，則，則Ek1與與Ek2，I1與與I2的大小關系的大小關系為：為：Ek2_Ek1，I2_I1(選填選填“”“”“”或或“”)思路點撥思路點撥求解此題應把握以下兩點：求解此題應把握以下兩點：(1)強度相同的紅光和紫光，光

11、子個數(shù)不同強度相同的紅光和紫光，光子個數(shù)不同(2)應用光電效應現(xiàn)象的規(guī)律求解光電子的最大初動能、逸出功、光電流等應用光電效應現(xiàn)象的規(guī)律求解光電子的最大初動能、逸出功、光電流等12解析解析(1)由由Wh可知可知A正確照射光的頻率大于極限頻率時才正確照射光的頻率大于極限頻率時才能發(fā)生光電效應，即能發(fā)生光電效應，即B錯由錯由EkhW0可知可知C錯入射光的強度一錯入射光的強度一定時，頻率越高，單個光子的能量定時，頻率越高，單個光子的能量h越大，光子數(shù)越少，單位時間越大，光子數(shù)越少，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越少，故內(nèi)逸出的光電子數(shù)越少，故D錯錯(2)紅光光子的頻率比紫光光子的頻率小，因此紅光的光子能量小

12、紅光光子的頻率比紫光光子的頻率小，因此紅光的光子能量小，紫光的光子能量大，當紅光和紫光的強度相同時，即單位時間內(nèi)，紫光的光子能量大，當紅光和紫光的強度相同時，即單位時間內(nèi)單位面積上照射的紅光光子個數(shù)多，而照射的紫光的光子個數(shù)少，單位面積上照射的紅光光子個數(shù)多，而照射的紫光的光子個數(shù)少，根據(jù)光電效應原理，紅光照射時，產(chǎn)生的光電子數(shù)多，光電流的強根據(jù)光電效應原理，紅光照射時，產(chǎn)生的光電子數(shù)多，光電流的強度大，故度大，故I1I2.由于紫光光子能量大，同一光電管，逸出功由于紫光光子能量大，同一光電管，逸出功W0相同相同，根據(jù)愛因斯坦光電效應方程，根據(jù)愛因斯坦光電效應方程hW0Ek得：用紫光照射時，光電

13、得：用紫光照射時，光電子的最大初動能大，子的最大初動能大，Ek2Ek1.答案答案(1)A(2)13光電效應方程的應用光電效應方程的應用例例2如圖，當電鍵如圖，當電鍵S斷開時，用光子能量為斷開時，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表零合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于讀數(shù)小于0.60 V時，電流表讀數(shù)仍不為零當電壓時，電流表讀數(shù)仍不為零當電壓表讀數(shù)大于或等于表讀數(shù)大于或等于0.60 V時，電流表讀數(shù)為零時，電流表讀數(shù)為零(1)求此時光電子的最大初動能的大小求此時光電子的最大初動能的大

14、小(2)求該陰極材料的逸出功求該陰極材料的逸出功思路點撥思路點撥14解析解析設用光子能量為設用光子能量為2.5 eV的光照射時，光電子的最大初動的光照射時，光電子的最大初動能為能為Ek，陰極材料逸出功為，陰極材料逸出功為W0，當反向電壓達到，當反向電壓達到U0.60 V以后，以后，具有最大初動能的光電子也達不到陽極，因此具有最大初動能的光電子也達不到陽極，因此eUEk由光電效應方程：由光電效應方程：EkhW0由以上二式：由以上二式：Ek0.6 eV，W01.9 eV.所以光電子最大初動能為所以光電子最大初動能為0.6 eV，該材料的逸出功為，該材料的逸出功為1.9 eV.答案答案(1)0.6

15、eV(2)1.9 eV15對光的波粒二象性的理解對光的波粒二象性的理解 例例3物理學家做了一個有趣的實驗：在雙縫干涉實驗中，在光物理學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，使光子只能一個一個地通過屏處放上照相底片，若減弱光的強度，使光子只能一個一個地通過狹縫，實驗結果表明，如果曝光時間不太長，底片上只出現(xiàn)一些不狹縫，實驗結果表明，如果曝光時間不太長，底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則的點子；如果曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條規(guī)則的點子；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，對這個實驗結果認識正確的是紋，對這個實驗結果認識正確的是()A曝光時間不長時，出現(xiàn)不規(guī)則的點子，表現(xiàn)出光的波動性曝光時間不長時，出現(xiàn)不規(guī)則的點子，表現(xiàn)出光的波動性B單個光子通過雙縫后的落點無法預測單個光子通過雙縫后的落點無法預測C干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方干涉條紋中