高三物理一輪復(fù)習(xí)：15.1《波粒二象性》新人教

第十五章波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核第1課時波粒二象性考點自清一、光電效應(yīng)

1.定義：照射到金屬表面的光，能使金屬中的

從表面逸出的現(xiàn)象.2.規(guī)律:(1)每種金屬都有一個

.(2)光子的最大初動能與入射光的

無關(guān),只隨入射光的

增大而增大.電子極限頻率強度頻率.

(3)光照射到金屬表面時,光電子的發(fā)射幾乎是

的.(4)光電流的強度與入射光的

成正比.3.方程:

.特別提醒

1.理解極限頻率、最大初動能、光電流的概念.2.注意光電效應(yīng)方程中各量的物理含義.瞬時強度Ek=hν-W0.二、光子說1.內(nèi)容:空間傳播的光是一份一份的,每一份叫一個

,一個光子的能量為E=

.2.意義:(1)解釋了

現(xiàn)象.(2)說明了光具有

.三、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.光子hν光電效應(yīng)粒子性波動粒子波粒二象.四、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(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.大小.熱點聚焦熱點一光子說對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋每種金屬存在極限頻率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,入射光子能量不能小于W0,根據(jù)光子說,光子的能量E=hν,電子克服引力做功W0對應(yīng)的頻率ν=,即極限頻率.光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎是瞬時的光是一份一份的,當(dāng)光照射到金屬表面上時,電子吸收一個光子的能量后,動能立即增大,不需要能量積累過程..光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān),而隨著入射光的頻率增大而增大根據(jù)光子說,入射光的能量E=hν是由頻率決定的,電子吸收一個光子后增加的能量,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,只有從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動能,對某一種金屬,W0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.光電流的強度與入射光的強度成正比光的強度是指單位時間內(nèi)入射到金屬表面上的光的能量,若單位時間內(nèi)入射到金屬表面上的光子數(shù)為n,每個光子的能量為E=hν,入射光的強度可表示為nhν,當(dāng)頻率一定時,光的強度越大,入射到金屬表面的光子數(shù)越多,有更多的電子吸收光子而從金屬表面逸出..

特別提示

1.照射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)及光電子的初動能.2.光電子是金屬表面受光照射出來的電子,與光子不同..熱點二光電效應(yīng)方程及曲線1.光電效應(yīng)方程的意義金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是hν,

這些能量的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Ek=mv2,

是能量守恒的必然結(jié)果.2.Ek—ν曲線(如圖1所示)圖1.3.由Ek—ν曲線可以得到的物理量

(1)極限頻率:圖線與ν軸交點的橫坐標(biāo)ν0.

(2)逸出功:圖線與Ek軸交點的縱坐標(biāo)的值W0=E.(3)普朗克常量:圖線的斜率k=h..熱點三光的波動性與粒子性的比較項目內(nèi)容說明光的粒子性1.當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時,這種作用是“一份一份”進(jìn)行的,表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)2.少量或個別光子容易顯示出光的粒子性粒子的含義是“不連續(xù)”、“一份一份的”光的粒子即光子,不同于宏觀觀念的粒子.光的波動性1.足夠能量的光在傳播時,表現(xiàn)出波動的性質(zhì)2.光是一種概率波,即光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動規(guī)律來描述光的波動性是光子本身的一種屬性,不是光子之間相互作用產(chǎn)生的光的波動性不同于宏觀概念的波波和粒子的對立統(tǒng)一宏觀世界:波和粒子是相互對立的概念微觀世界:波和粒子是統(tǒng)一的光子說并未否定波動性,光子能量E=hν=

中,ν和λ就是描述波的兩個概念.熱點四物質(zhì)波1.我們平時所看到的宏觀物體,其運動時,我們看不出它們的波動性來,但也有一個波長與之對應(yīng),

例如飛行子彈的波長約為10-34m.2.波粒二象性是微觀粒子的特殊規(guī)律,一切微觀粒子都存在波動性;宏觀物體也存在波動性,只是波長太小,難以觀測.3.物質(zhì)波又稱德布羅意波,德布羅意波也是概率波.

電子束通過鋁箔時的衍射圖樣中的亮圓是電子落點概率大的地方,但概率的大小受波動規(guī)律的支配.4.物質(zhì)波不是機械波,也不是電磁波.物質(zhì)波在某一地方的強度跟在該處找到它所代表的概率成正比,物質(zhì)波仍是一種概率波..題型探究題型1光電效應(yīng)現(xiàn)象的理解【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間間隔將明顯增加

B.逸出的光電子的最大初動能將減小

C.單位時間內(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).思路點撥

解答本題時應(yīng)注意以下三點:(1)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件.(2)入射光的頻率決定最大初動能.(3)光電效應(yīng)的瞬時性(10-9s).

解析

光電效應(yīng)瞬時(10-9s)發(fā)生,與光強無關(guān),A錯;能否發(fā)生光電效應(yīng),只取決于入射光的頻率是否大于極限頻率,與光強無關(guān),D錯;對于某種特定金屬,光電子的最大初動能只與入射光頻率有關(guān),入射光頻率越大,最大初動能越大,B錯;光電子數(shù)目多少與入射光強度有關(guān)(可理解為一個光子能打出一個電子),光強減弱,逸出的電子數(shù)目減少,C對.

答案

C.規(guī)律總結(jié)理解光子學(xué)說,能形象地想象光電效應(yīng)的物理圖景:光一份一份射向金屬,電子吸收一個光子后能量變大,掙脫原子核的束縛,成為光電子.很容易從這一圖景中分析有關(guān)光電效應(yīng)的定性理解問題..變式練習(xí)1100多年前的1905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,不能發(fā)生光電效應(yīng)

B.光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比

C.光電子的最大初動能與入射光的強度成正比

D.某單色光照射一金屬時不發(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).

解析

根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實驗規(guī)律,只有入射光頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng),故A、D

正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程,最大初動能與入射光頻率為線性關(guān)系,但非正比關(guān)系,B錯;根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實驗規(guī)律,光電子的最大初動能與入射光強度無關(guān),C錯.

答案

AD.題型2光電效應(yīng)方程的應(yīng)用【例2】如圖2所示,當(dāng)開關(guān)S斷開時,

用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P,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(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時,電流表讀數(shù)仍不為零;當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V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.(2)求該陰極材料的逸出功.圖2.思維導(dǎo)圖

解析

設(shè)用光子能量為2.5eV的光照射時,光電子的最大初動能為Ek,陰極材料逸出功為W0.

當(dāng)反向電壓達(dá)到U=0.60V以后,具有最大初動能的光電子也達(dá)不到陽極,因此eU=Ek.

由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0

由以上二式Ek=0.6eV,W0=1.9eV

所以此時最大初動能為0.6eV,該陰極材料的逸出功為1.9eV.

答案

(1)0.6eV(2)1.9eV臨界條件動能定理光電子的最大初動能光電效應(yīng)方程逸出功.規(guī)律總結(jié)

光電效應(yīng)現(xiàn)象中射出的光電子具有一定動能,因此易與電場、磁場相結(jié)合命制綜合性較強的試題.射出的光電子的動能是解決這類問題的重要條件,可由愛因斯坦光電效應(yīng)方程求得..變式練習(xí)2

波長為λ=0.17

μm的紫外線照射至金屬筒上能使其發(fā)射光電子,光電子在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,做最大半徑為r的勻速圓周運動時,已知r·B=5.6×10-6T·m,光電子質(zhì)量m=9.1×10-31kg,電荷量e=1.6×10-19C.

求:(1)光電子的最大動能.(2)金屬筒的逸出功..

解析

(1)光電子做半徑最大的勻速圓周運動時,

它的動能即是最大動能.

由evB=得v= ①

所以 ②代入數(shù)據(jù)得mv2=4.41×10-19J ③(2)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得

W=hν- ④

代入數(shù)據(jù)得W=7.3×10-19J ⑤

答案

(1)4.41×10-19J(2)7.3×10-19J.素能提升1.如圖3是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象.由圖象可知

()A.該金屬的逸出功等于EB.該金屬的逸出功等于hν0C.入射光的頻率為2ν0時,產(chǎn)生的光電子的最大初動能為ED.入射光的頻率為時,產(chǎn)生的光電子的最大初動能為圖3.

解析由圖并結(jié)合Ek=hν-W0得,Ek=hν-E,故逸出功W0=E,故選項A對;當(dāng)Ek=0時,ν=ν0,故E=

hν0,故選項B對;ν=2ν0時,可得出Ek=E,故選項

C對;當(dāng)入射光的頻率為時,不發(fā)生光電效應(yīng),

故選項D錯.

答案

ABC.2.下表給出了一些金屬材料的逸出功.

現(xiàn)用波長為400nm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h=6.63×10-34J·s,光速c=3.0×108m/s)()A.2種 B.3種 C.4種 D.5種

解析

要發(fā)生光電效應(yīng),則入射光的能量大于金屬的逸出功,由題可算出波長為400nm的光的能量為E=hν0=h

=6.63×10-34×J=4.97×10-19J,大于銫和鈣的逸出功.所以A選項正確.材料銫鈣鎂鈹鈦逸出功（10-19J）3.04.35.96.26.6A.3.研究光電效應(yīng)規(guī)律的實驗裝置如圖4所示,用頻率為ν的光照射光電管陰極K時，有光電子產(chǎn)生.由于光電管K、A間加的是反向電壓,

光電子從陰極K發(fā)射后將向陽極A

做減速運動.光電流i由圖中電流計G測出,反向電壓U由電壓表V測出.當(dāng)電流計的示數(shù)恰好為零時,

電壓表的示數(shù)稱為反向截止電壓U0,在下列表示光電效應(yīng)實驗規(guī)律的圖象中,錯誤的是()圖4..

解析

由光電效應(yīng)規(guī)律可知,光電流的強度與光強成正比,光照射到金屬上時,光電子的發(fā)射是瞬時的,不需要時間積累,故A、D圖象正確;從金屬中打出的光電子,在反向電壓作用下做減速運動,隨著反向電壓的增大,到達(dá)陽極的光電子數(shù)減少,故C圖象正確;由光電效應(yīng)方程可知:hν=

hν0+Ek,而eU0=Ek,所以有hν=hν0+eU0,由此可知,B圖象錯誤.

答案

B.4.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),在這兩個過程中,對于下列四個量,一定相同的是

,可能相同的是

,一定不同的是

.A.光子的能量

B.光電子的逸出功

C.光電子動能

D.光電子初動能.

解析

光子的能量由光的頻率決定,同一束單色光頻率相同,因而光子能量相同.逸出功等于電子脫離原子核束縛需要做的最少的功,因此只由材料決定.鋅片和銀片的光電效應(yīng)中,光電子的逸出功一定不相同.由Ek=hν-W0,照射光子能量

hν相同,逸出功W0不同,則電子最大初動能也不同.由于光電子吸收光子后到達(dá)金屬表面的路徑不同,途中損失的能量也不同,因而脫離金屬時的動能可能分布在零到最大初動能之間.所以,

兩個不同光電效應(yīng)的光電子中,有時初動能是可能相等的.

答案

ACDB.5.質(zhì)子甲的速度是質(zhì)子乙速度的4倍,甲質(zhì)子的德布羅意波長是乙質(zhì)子的

倍.同樣速度的質(zhì)子和電子,

的德布羅意波長大.

解析

據(jù)λ=可知甲質(zhì)子的德布羅意波長是乙質(zhì)子的倍.

由于質(zhì)子的質(zhì)量大于電子的質(zhì)量,因此同樣速度的質(zhì)子比電子的德布羅意波長小.電子.6.太陽能光電直接轉(zhuǎn)換的基本原理是利用光電效應(yīng),將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能.如圖5所示是測定光電流的電路簡圖,光電管加正向電壓.

(1)在圖上標(biāo)出電源和電流表的正、負(fù)極.(2)入射光應(yīng)照射在

極上.(3)若電流表讀數(shù)是10μA,則每秒鐘從光電管陰極發(fā)射出的光電子至少是

個.圖5.解析

(3)q=It=10×10-6×1C=10-5C

而n=,所以含有6.25×1013個光電子.

答案

(1)電源左邊為正極,右邊為負(fù)極電流表是上正下負(fù)

(2)B(3)6.25×1013.7.已知金屬銫的逸出功為1.9eV,在光電效應(yīng)實驗中,要使銫表面發(fā)出的光電子的最大初動能為

1.0eV,求入射光的波長應(yīng)為多少?

解析

據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可得入射光的頻率為

ν=

由c=νλ可得入射光的波長為

λ==4.3×10-7m

答案

4.3×10-7m.

反思總結(jié)光電效應(yīng)定義：物體在光照射下釋放出電子的現(xiàn)象規(guī)律對于任何一種金屬,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(yīng)光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光的頻率增大而增大入射光照到金屬上時,光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的解釋光子說:光在空間傳播過程中是不連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫一個光子,光子的能量E=hν愛因斯坦光電方程

mv2=hv-W0返回..9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。。2023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202310、雨中黃葉樹，燈下白頭人。。2023/1/102023/1/102023/1/101/10/20231:00:17PM11、以我獨沈久，愧君相見頻。。2023/1/102023/1/102023/1/10Jan-2310-Jan-2312、故人江海別，幾度隔山川。。2023/1/102023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202313、乍見翻疑夢，相悲各問年。。2023/1/102023/1/102023/1/102023/1/101/10/202314、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。。10一月20232023/1/102023/1/102023/1/1015、比不了得就不比，得不到的就不要。。。一月232023/1/102023/1/102023/1/101/10/202316、行動出成果，工作出財富。。2023/1/102023/1/1010January202317、做前，能夠環(huán)視四周；做時，你只能或者最好沿著以腳為起點的射線向前。。2023/1/102023/1/102023/1/102023/1/109、沒有失敗，只有暫時停止成功！。2023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202310、很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒有。。2023/1/102023/1/102023/1/101/10/20231:00:17PM11、成功就是日復(fù)一日那一點點小小努力的積累。。2023/1/102023/1/102023/1/10Jan-2310-Jan-2312、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。。2023/1/102023/1/102023/1/10Tuesday,January10,202313、不知香積寺，數(shù)里入云峰。。2023/1/102023/1/102023/1/102023/1/101/10/202314、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。10一月20232023/1/102023/1/102023/1/1015、楚塞三湘接，荊門九派通。。。一月23