【物理】2018届一轮复习人教版 光电效应波粒二象性 学案

【物理】2018届一轮复习人教版 光电效应波粒二象性 学案

专题50 光电效应 波粒二象性 ‎1.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律.‎ ‎2.会利用光电效应方程计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量.‎ ‎3.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念．‎ 一、黑体辐射与能量子 ‎1． 黑体与黑体辐射 ‎(1)黑体：是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体．‎ ‎(2)黑体辐射的实验规律 ‎①一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．‎ ‎②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．‎ a．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．‎ b．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．‎ ‎2． 能量子 ‎(1)定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍．即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．‎ ‎(2)能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量． h＝6.63×10－34 J·s.‎ 二、光电效应 ‎1． 光电效应现象 光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．‎ ‎2． 光电效应规律 ‎(1)每种金属都有一个极限频率．‎ ‎(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．‎ ‎(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．‎ ‎(4)光电流的强度与入射光的强度成正比．‎ ‎3． 爱因斯坦光电效应方程 ‎(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s.‎ ‎(2)光电效应方程：Ek＝hν－W0.‎ 其中hν为入射光的能量，Ek为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功．‎ ‎4． 遏止电压与截止频率 ‎(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc.‎ ‎(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．‎ ‎(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．‎ 三、光的波粒二象性与物质波 ‎1． 光的波粒二象性 ‎(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．‎ ‎(2)光电效应说明光具有粒子性．‎ ‎(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．‎ ‎2． 物质波 ‎(1)概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．‎ ‎(2)物质波 任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长，p为运动物体的动量，h为普朗克常量.‎ 考点一　光电效应现象和光电效应方程的应用 ‎1．对光电效应的四点提醒 ‎(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。‎ ‎(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。‎ ‎(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。‎ ‎(4)光电子不是光子，而是电子。‎ ‎2．两条对应关系 光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；‎ 光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。‎ ‎3．定量分析时应抓住三个关系式 ‎(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。‎ ‎(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。‎ ‎(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hν0。‎ ‎★重点归纳★‎ ‎1、光电效应的图象分析 两条线索 ‎(1)通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．‎ ‎(2)通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大 图象名称 图线形状 由图线直接(间接) 得到的物理量 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ‎①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc ‎②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值 W0＝|－E|＝E ‎③普朗克常量：图线的斜率k＝h 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 ‎①遏止电压Uc：图线与横轴的交点 ‎②饱和光电流Im：电流的最大值 ‎③最大初动能：Ekm＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 ‎①遏止电压Uc1、Uc2‎ ‎②饱和光电流 ‎③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2‎ 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ‎①截止频率νc：图线与横轴的交点 ‎②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 ‎③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即h＝ke。(注：此时两极之间接反向电压)‎ ‎★典型案例★研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为v的光照射光电管电极K时，有光电子产生。光电管K、A极间所加的电压U可由图中的电压表测出，光电流I由图中电流计测出，下列关于光电效应实验规律的说法中，正确的是（ ）（填入正确选项前的字母。选对1个给2分，选对2个给3分，选对3个给4分；每选错1个扣3分，最低得分为0分）。‎ A．降低入射光的频率有可能光电管电极K上无光电子放出 B．当滑片P位于P′右端时,电极K、A间所加电压使从电极K发出的光电子加速 C．保持入射光频率不变，当增大入射光光强时，图中电流计示数不变 D．保持入射光频率、光强不变，若只增大光电管K、A极间所加的加速电压，光电流会趋于一个饱和值 E．调整滑片P、P′的位置，可使光电子从K极发射后向A极做减速运动，当电流计的示数恰为零时，电压表的示数称为反向截止电压 ‎【答案】ADE ‎【解析】降低入射光的频率，有可能不发生光电效应，则光电管电极K上无光电子放出，故A正确．当滑片P位于P′右端时，电极K、A间所加电压，使从电极K发出的光电子减速，故B错误．保持入射光频率不变，当增大入射光光强时，电流计示数增大，故C错误．保持入射光频率、光强不变，若只增大光电管K、A极间所加的加速电压，光电流会达到最大值，处于饱和值，故D正确；调整滑片P、P′的位置，可使光电子从K极发射后向A极做减速运动，当电流计的示数恰为零时，则到达A的速度恰好为零，即为反向截止电压，故E正确．故选ADE。‎ ‎【名师点睛】本题考查了光电效应的应用，涉及到的知识点也较多，要仔细分析，注意理解光电子在电场中加速还是减速是解题的关键 ‎★针对练习1★如图是某金属在光的照射下，光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，由图象可知： （ ）‎ A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0‎ C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E D．该图线的斜率表示普朗克常量 ‎【答案】ABD ‎【名师点睛】解决本题的关键掌握光电效应方程Ekm=hv-W0，能够结合图线得出逸出功的大小和普朗克常量，能灵活运用光电效应方程。‎ ‎★针对练习2★（多选）如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线（直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5）。由图可知： （ ）‎ A．该金属的截止频率为4.27 x 1014Hz B．该金属的截止频率为5.5 x 1014Hz C．该图线的斜率表示普朗克常量 D．该金属的逸出功为0.5 eV ‎【答案】AC ‎【名师点睛】解决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道逸出功与极限频率的关系，结合数学知识即可进行求解．‎ 考点二　对光的波粒二象性、物质波的考查 光既具有波动性，又具有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：‎ ‎(1)个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。‎ ‎(2)频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，而贯穿本领越强。‎ ‎(3)光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性。‎ ‎★典型案例★在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近，已知中子质量，普朗克常量，可以估算德布罗意波长的热中子动能的数量级为： （ ）‎ A． B． C． D．‎ ‎【答案】C ‎【解析】由德布罗意波公式得，而，则所以，因此热中子的动能的数量级 ，故选项C正确。‎ ‎【名师点睛】热中子的动能由热中子的质量与速度求出，然而速度则是由与算出。‎ ‎★针对练习1★‎ 用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明 ： （ ）‎ A．光只有粒子性没有波动性 B．光只有波动性没有粒子性 C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性 D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性 ‎【答案】D ‎【解析】通过该实验可知，条纹中明亮的部分是光子到达机会比较多的地方，而条纹中暗的部分是光子到达机会比较少的地方；故这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故选D．‎ ‎【名师点睛】本题考查光的粒子性与波动性的区别，并掌握概率波的含义，注意波动性与光子间的相互作用力无关。‎ ‎★针对练习2★如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们相等的是 ： （ ）‎ A．速度 B．动能 C．动量 D．总能量 ‎【答案】C ‎【名师点睛】本题主要考查德布罗意波长公式和玻尔原子理论，在考纲中属于基本要求，该题是2013年江苏高考题，作为高考真题难度不是很大。‎