光電效應(yīng)　波粒二象性學(xué)生版

第一講光電效應(yīng)波粒二象性[人教版選擇性必修第三冊]1．閱讀教材第四章第1節(jié)這一節(jié)的內(nèi)容，了解黑體、黑體輻射的實驗規(guī)律，理解能量子。寫出能量子的表達式并指出首先提出能量子概念的是哪位科學(xué)家？2．第四章第2節(jié)圖4.2－4圖線與橫坐標(biāo)軸的截距vc、圖線的斜率的物理意義分別表示什么？圖4.2－5，這種金屬的極限頻率大約是多少？3．閱讀教材第四章第2節(jié)“康普頓效應(yīng)和光子的動量”這一部分內(nèi)容，解釋康普頓效應(yīng)。4．閱讀教材第四章第5節(jié)這一節(jié)內(nèi)容，知道物質(zhì)波。5．請完成教材第四章【復(fù)習(xí)與提高】A組T1。6．請完成教材第四章【復(fù)習(xí)與提高】B組T6。考點一黑體輻射1．熱輻射（1）定義：周圍的一切物體都在輻射_________，這種輻射與物體的______有關(guān)，所以叫熱輻射。（2）特點：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體______的不同而有所不同。2．黑體、黑體輻射的實驗規(guī)律（1）黑體：能夠____________入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。（2）黑體輻射的實驗規(guī)律①對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與______有關(guān)外，還與材料的______及____________有關(guān)。②黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的______有關(guān)。隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有______，另一方面，輻射強度的極大值向波長較___的方向移動，如圖所示。3．能量子（1）定義：普朗克認(rèn)為，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時，只能輻射或吸收某個最小能量值ε的_________，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。（2）能量子大?。害牛絖_____，其中ν是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，h稱為普朗克常量。h＝6.626×10－34J·s（一般取h＝6.63×10－34J·s）。（多選）關(guān)于黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，下列說法正確的是（）A．黑體能夠完全吸收照射到它上面的光波B．隨著溫度的降低，各種波長的光輻射強度都有所增加C．隨著溫度的升高，輻射強度極大值向波長較長的方向移動D．黑體輻射的強度只與它的溫度有關(guān)，與形狀和黑體材料無關(guān)（2024·陜西省·歷年真題）三位科學(xué)家由于在發(fā)現(xiàn)和合成量子點方面的突出貢獻，榮獲了2023年諾貝爾化學(xué)獎。不同尺寸的量子點會發(fā)出不同顏色的光?，F(xiàn)有兩種量子點分別發(fā)出藍光和紅光，下列說法正確的是（）A．藍光光子的能量大于紅光光子的能量B．藍光光子的動量小于紅光光子的動量C．在玻璃中傳播時，藍光的速度大于紅光的速度D．藍光在玻璃中傳播時的頻率小于它在空氣中傳播時的頻率對黑體輻射的幾點提醒1．黑體是一個理想化模型，能夠完全吸收各種波長的電磁波和輻射各種波長電磁波。2．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加，輻射強度極大值向波長較短的方向移動。3．普朗克為得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，提出了能量子的假說。1．（2024·湖南省·歷年真題）量子技術(shù)是當(dāng)前物理學(xué)應(yīng)用研究的熱點，下列關(guān)于量子論的說法正確的是（）A．普朗克認(rèn)為黑體輻射的能量是連續(xù)的B．光電效應(yīng)實驗中，紅光照射可以讓電子從某金屬表面逸出，若改用紫光照射也可以讓電子從該金屬表面逸出C．康普頓研究石墨對X射線散射時，發(fā)現(xiàn)散射后僅有波長小于原波長的射線成分D．德布羅意認(rèn)為質(zhì)子具有波動性，而電子不具有波動性2．氦氖激光器發(fā)射波長為632.8nm的單色光，這種光的一個光子的能量為多少？若該激光器的發(fā)光功率為18mW，則每秒發(fā)射多少個光子？考點二光電效應(yīng)現(xiàn)象一、光電效應(yīng)現(xiàn)象1．定義：在光的照射下，金屬中的______從表面逸出的現(xiàn)象，發(fā)射出來的電子叫_________。2．產(chǎn)生條件：入射光的頻率_______________金屬的極限頻率。3．光電效應(yīng)的三條規(guī)律（1）每種金屬都有一個______頻率，入射光的頻率必須_______________這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。（2）光電子的最大初動能與入射光的______無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而______。（3）光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是______的，一般不超過10－9s。二、愛因斯坦光電效應(yīng)方程1．光子說（1）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）普朗克常量：h＝6.63×10－34J·s。2．愛因斯坦光電效應(yīng)方程（1）表達式：Ek＝hν－______。（2）各量的意義：①ν：照射光的頻率。②W0：為逸出功，指使電子脫離某種金屬所做功的_________。③Ek：為光電子的最大初動能，指發(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。（3）公式的意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的____________，剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動能Ek＝。3．對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋對應(yīng)規(guī)律對規(guī)律的解釋存在截止頻率νc電子從金屬表面逸出，必須克服金屬的逸出功W0，則入射光子的能量不能小于W0，對應(yīng)的頻率必須不小于νc＝______，即截止頻率光電子的最大初動能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光的強度無關(guān)電子吸收光子能量后，一部分用來克服金屬的逸出功，剩余部分表現(xiàn)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，W0是一定的，故光電子的最大初動能只隨入射光頻率的增大而______，和光強無關(guān)光電效應(yīng)具有瞬時性光照射金屬時，電子一次性吸收光子的全部能量，不需要____________的時間光較強時飽和電流較大對于同種頻率的光，光較強時，單位時間內(nèi)照射到金屬表面的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的_________較多，因而飽和電流較大（2024·海南省·歷年真題）利用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)，閉合單刀雙擲開關(guān)S1，用頻率為的光照射光電管，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表的示數(shù)剛好為0，此時電壓表的示數(shù)為，已知電子電荷量為e，普朗克常量為h，下列說法正確的是（）A．其他條件不變，增大光強，電壓表示數(shù)增大B．改用比更大頻率的光照射，調(diào)整電流表的示數(shù)為零，此時電壓表示數(shù)仍為UC．其他條件不變，使開關(guān)接S2，電流表示數(shù)仍為零D．光電管陰極材料的截止頻率單色光B的頻率為單色光A的兩倍，用單色光A照射到某金屬表面時，從金屬表面逸出的光電子最大初動能為E1；用單色光B照射該金屬表面時，逸出的光電子最大初動能為E2。則該金屬的逸出功為（）A．E2－E1 B．E2－2E1 C．2E1－E2 D．1．與光電效應(yīng)有關(guān)的五組概念對比（1）光子與光電子：光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子。光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果。（2）光電子的初動能與光電子的最大初動能：光照射到金屬表面時，電子吸收光子的全部能量，可能向各個方向運動，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動能；只有金屬表面的電子直接向外飛出，只需克服原子核的引力做功的情況，光電子才具有最大初動能。光電子的初動能小于或等于光電子的最大初動能。（3）光電流與飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和光電流。（4）入射光的強度與光子的能量：入射光的強度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，即I＝nhν，n是單位時間照射到單位面積上頻率為ν的單色光的光子數(shù)。（5）光的強度與飽和光電流：飽和光電流隨入射光的強度增大而增大的規(guī)律是對頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的，對于不同頻率的光，由于每個光子的能量不同，飽和光電流與入射光的強度之間沒有簡單的正比關(guān)系。2．五點提醒（1）光的頻率決定光子的能量，ε＝hν。（2）光的強度是指單位時間光照射到單位面積上的能量，即I＝nhν，所以單位時間照射到單位面積上的光子數(shù)由光強和光的頻率共同決定。（3）光電子逸出后的最大初動能由光子的頻率和逸出功共同決定。（4）由Ek＝hν－W0求出的是光電子的最大初動能，金屬內(nèi)部逸出的光電子的動能小于這個值，而且光電子的射出方向是隨機的，不一定都能到達陽極。3．三個關(guān)系式（1）愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。（2）光電子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＝hνc。4．兩條對應(yīng)關(guān)系1．（2024·浙江省·歷年真題）如圖所示，金屬極板M受到紫外線照射會逸出光電子，最大速率為。正對M放置一金屬網(wǎng)N，在M、N之間加恒定電壓U。己知M、N間距為d（遠小于板長），電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，則（）A．M、N間距離增大時電子到達N的動能也增大B．只有沿x方向逸出的電子到達N時才有最大動能C．電子從M到N過程中y方向位移大小最大為D．M、N間加反向電壓時電流表示數(shù)恰好為零2．如圖甲，合上開關(guān)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。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。把電路改為圖乙，當(dāng)電壓表讀數(shù)為2V時，逸出功及電子到達陽極時的最大動能為（）A．1.5eV0.6eV B．1.7eV1.9eVC．1.9eV2.6eV D．3.1eV4.5eV考點三光電效應(yīng)的圖像圖像名稱圖線形狀讀取信息最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率（極限頻率）：橫軸截距②逸出功：縱軸截距的絕對值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：橫軸截距②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke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：橫軸截距②飽和光電流Im：電流的最大值③最大初動能：Ek＝eUc顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2（2021·江蘇高考）如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應(yīng)探究，其截止頻率ν1＜ν2，保持入射光不變，則光電子到達A極時動能的最大值Ekm隨電壓U變化關(guān)系的圖像是（）（2024·浙江省·模擬題）（多選）如圖所示，一群處于第4能級的氫原子，向低能級躍遷時能發(fā)出不同頻率的光，其中只有3種不同頻率的光a，b，c照射到圖甲電路陰極K的金屬上能夠發(fā)生光電效應(yīng)，測得光電流隨電壓變化的圖像如圖乙所示，調(diào)節(jié)過程中三種光均能達到對應(yīng)的飽和光電流，已知氫原子的能級圖如圖丙所示，則下列推斷正確的是（）A．陰極金屬的逸出功可能為＝5.5eVB．圖乙中的b光光子能量為12.09eVC．若圖乙中的＝7V，則＝3.5VD．若甲圖中電源右端為正極，隨滑片向右滑動，光電流先增大后保持不變解決光電效應(yīng)圖像問題的幾個關(guān)系式（1）光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。（2）發(fā)生光電效應(yīng)的臨界條件：Ek＝0，νc＝。（3）反向遏止電壓與光電子的最大初動能和入射光頻率的關(guān)系：－eUc＝0－Ek，Uc＝。1．（2022·北京市模擬）研究光電效應(yīng)的電路如圖所示，用藍光、較強的黃光和較弱的黃光分別照射密封真空管中的金屬極板K，極板發(fā)射出的光電子在電路中形成的光電流I與AK之間的電壓U的關(guān)系圖像如圖乙所示。關(guān)于1、2、3三條曲線，下列說法正確的是（）A．2、3為用黃光照射時得到的曲線，曲線2對應(yīng)的黃光較強B．1、3為用黃光照射時得到的曲線，曲線1對應(yīng)的黃光較強C．當(dāng)滑動變阻器的滑片在最左端時，電流表示數(shù)一定為零D．電壓表示數(shù)越大，則光電流越大，截止頻率越小2．（2024·山東省青島市·模擬題）太陽能電池板是利用光電效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備，圖甲是研究制作電池板的材料發(fā)生光電效應(yīng)的電路圖。用不同頻率的光照射K極板發(fā)生光電效應(yīng)，得到圖乙中遏止電壓與入射光的頻率間的關(guān)系圖像。下列說法正確的是（）A．增大入射光頻率，K極板的逸出功增大B．增大入射光頻率，產(chǎn)生光電子的最大初動能增大C．增大入射光強度，產(chǎn)生光電子的最大初動能增大D．遏止電壓與入射光頻率關(guān)系圖像的斜率表示普朗克常量考點四光的波粒二象性和物質(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。（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循波動規(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①定義：每一個運動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系，這種波叫作物質(zhì)波，也叫德布羅意波。②物質(zhì)波的頻率ν＝；物質(zhì)波的波長λ＝＝，h是普朗克常量。（多選）（2022·浙江1月選考·16）電子雙縫干涉實驗是近代證實物質(zhì)波存在的實驗。如圖所示，電子槍持續(xù)發(fā)射的電子動量為1.2×10－23kg·m/s，然后讓它們通過雙縫打到屏上。已知電子質(zhì)量取9.1×10－31kg，普朗克常量取6.6×10－34J·s，下列說法正確的是（）A．發(fā)射電子的動能約為8.0×10－15JB．發(fā)射電子的物質(zhì)波波長約為5.5×10－11mC．只有成對電子分別同時通過雙縫才能發(fā)生干涉D．如果電子是一個一個發(fā)射的，仍能得到干涉圖樣 （2021·浙江6月選考）已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，電子的質(zhì)量為9.11×10－31kg，一個電子和一滴直徑約為4μm的油滴具有相同動能，則電子與油滴的德布羅意波長之比的數(shù)量級為（）A．10－8 B．106 C．108 D．10161．對光的波粒二象性的理解光既有波動性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為：（1）從頻率上看：頻率越低的光波動性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高的光粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象