江苏专版高考物理总复习光电效应波粒二象性讲义

江苏专版高考物理总复习光电效应波粒二象性讲义

第62讲　光电效应　波粒二象性 考情剖析 考查内容 考纲要求 考查年份 考查详情 能力要求 普朗克能量子假说 黑体和黑体辐射、‎ 光电效应、‎ 光的波粒二象性　物质波 Ⅰ ‎14年 T‎12C(1)—选择，考查了光电效应方程的应用 分析综合 ‎15年 T‎12C(1)—选择，考查了光电效应、热中子衍射、黑体辐射、德布罗意波波长的理解 分析综合 ‎17年 T‎12C(2)—填空，考查了德布罗意波长 分析综合 弱项清单,光电效应计算错误，没有正确理解光电效应产生的条件，答题技巧欠佳；p＝＝公式记忆不到位，物理量字母书写不规范．‎ 知识整合 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________入射的各种波长的电磁波而不发生________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________有关外，还与材料的________及________有关．‎ ‎②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关．‎ a．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都________．‎ b．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较________的方向移动．‎ ‎2．能量子 为解释黑体辐射规律，1900年普朗克提出了能量________假说．‎ ‎(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________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________，形成的电流称________．‎ ‎2．光电效应规律 ‎(1)存在着饱和电流．在光照条件不变的情况下，随着光电管所加正向电压的增大，光电流增大，但最终光电流趋于一个定值，不再随正向电压的增大而增大，这个稳定的光电流称________，饱和电流的强度随入射光强度的增大而________．‎ ‎(2)存在着遏止电压．光电管两端加反向电压时，使光电流________的反向电压，称为遏止电压．反向遏止电压的存在意味着光电子具有最大的初动能．‎ 实验表明，对于一定频率的光，遏止电压都是一样的，与光强无关，与频率有关．频率越大，遏止电压越大．意味着光子的最大初动能与入射光的________无关，只随入射光的______增大而增大．‎ ‎(3)存在截止频率．当入射光的频率减小到某一数值时，即使不加反向电压也没有光电流．这表明：当低于这个频率时，没有光电子从金属表面逸出，不能发生光电效应．不同的金属的截止频率________．‎ ‎(4)光电效应具有瞬时性．光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是________的，不需要时间的积累．‎ ‎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＝________.‎ ‎(2)光电效应方程：____________．‎ 三、康普顿效应 光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面．前者表明光子具有________，后者表明光子除了具有________之外还具有________．‎ 四、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________性．‎ ‎(2)光电效应说明光具有________性．‎ ‎(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的______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________的地方，暗条纹是光子到达概率________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λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．‎ 方法技巧考点1　光电效应方程及光子说对光电效应的解释 ‎1．光照射金属时，电子吸收一个光子(形成光电子)的能量后，动能立即增大，不需要积累能量的过程．‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎2．电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做功(逸出功W)，要使入射光子的能量不小于W才会发生光电效应．频率ν＝，即是极限频率．‎ ‎3．对于确定的金属，W是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大．‎ ‎4．光强越强，光子数目越多，逸出的光电子数目越多，饱和电流也越大．‎ ‎【典型例题1】　(17年常州一模)如图所示的是研究光电效应的装置的电路图，若用某一频率的光照射光电管阴极P，发现电流表有读数，则增加光的强度，电流表示数________(选填“变大”、“变小”或“不变”)．若开关K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零，合上开关，调节滑动变阻器，当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零，由此可知阴极材料的逸出功为________eV.‎ ‎　1.(17年苏锡常镇一模)如图所示为研究光电效应现象的实验，电路中所有元件完好，当光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能的原因是(　　)‎ ‎ A．入射光强度较弱 ‎ B．入射光波长太长 ‎ C．电源电压太高 ‎ D．光照射时间太短 ‎【学习建议】　加强对产生光电效应的条件进行正确地理解．‎ 考点2　光电效应曲线图象的理解 ‎1．Ekmν曲线 如图所示的是光电子最大初动能Ekm随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是阴极金属的极限频率；纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量．‎ ‎2．IU曲线 ‎(1)如图所示的是光电流I随光电管两极板间电压U的变化曲线，图中Im为饱和光电流，Uc为遏止电压．‎ ‎　‎ ‎(2)在用相同频率不同强度的光去照射阴极K时，得到IU曲线如图所示，它显示出对于不同强度的光，Uc是相同的，这说明同频率、不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的．‎ ‎【典型例题2】　(17年南京一模)光照射某金属产生光电效应时，实验测得光电子最大初动能与照射光频率的图象如图所示，其中图线与横轴交点坐标为ν0，则该金属的逸出功为________．用一束波长范围为λ1～λ2，且λ1<λ2的光照射该金属时产生光电效应，则光电子的最大初动能为________．已知普朗克常量为h，光在真空中传播速度为c.‎ ‎【学习建议】　对ν＝公式的记忆要牢固，提高计算的正确率．‎ ‎　2.(17年苏北四市联考)图示为金属A和B的遏止电压Uc和入射光频率ν的关系图象，由图可知金属A的截止频率________(选填“大于”、“小于”或“等于”)金属B的截止频率；如果用频率为5.5×1014 Hz的入射光照射两种金属，从金属______(选填“A”或“B”)逸出光电子的最大初动能较大．‎ ‎【典型例题3】　(16年常州一模)用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图．则a光光子的频率________(选填“大于”、“小于”或“等于”)b光光子的频率；a光的强度________(选填“大于”、“小于”或“等于”)b光的强度．‎ 考点3　对光的波粒二象性、物质波的理解 光既有波动性，又有粒子性，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，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．‎ ‎【典型例题4】　(多选)在单缝实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上．假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子(　　)‎ ‎ A．一定落在中央亮纹上 ‎ B．一定落在亮纹处 ‎ C．可能落在暗纹处 ‎ D．落在中央亮纹处的可能性最大 ‎【学习建议】　加强对波粒二象性及概率波的理解．‎ 当堂检测　　1.(17年苏北六市联考)(多选)2017年1月，我国“墨子号”量子科学实验卫星正式进入应用研究．在量子理论中，有共同来源的两个微观粒子，不论它们相距都远，它们总是相关的，一个粒子状态的变化会立即影响到另一个粒子，这就是所谓的量子纠缠．关于量子理论，下列说法中正确的有(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎ A．玻尔氢原子理论，第一次提出了能量量子化的观念 ‎ B．爱因斯坦研究光电效应提出光子说，光子说属于量子理论的范畴 ‎ C．量子理论中，实物粒子具有波粒二象性 ‎ D．微观粒子在受力状况和初速度确定的前提下，可以确定它此后运动状态和位置 ‎2．(17年苏锡常镇二模)如图是研究光电效应的实验装置，用一定频率的光照射阴极K，当滑片P处于图示位置时，电流表的示数不为零，为使电流表示数减小，下列办法可行的是(　　)‎ 第2题图 ‎ A．将滑片P向右移动 B．减小入射光的强度 ‎ C．换用电动势更大的电源 D．将电源的正、负极对调 ‎3．(17年江苏高考)质子(H)和α粒子(He)被加速到相同动能时，质子的动量________(选填“大于”、“小于”或“等于”)α粒子的动量，质子和α粒子的德布罗意波波长之比为________．‎ ‎4．小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.‎ 甲 ‎　　乙 第4题图 ‎(1)图甲中电极A为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)；‎ ‎(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J；‎ ‎(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________J.‎ ‎5．(17年南通泰州一模)一铜板暴露在波长为λ的紫外线中，观测到有电子从铜板表面逸出．在铜板所在空间加一方向垂直于板面、大小为E的匀强电场时，电子能运动到距板面的最大距离为d.已知真空中的光速为c，普朗克常量为h，电子电荷量为e，求：‎ ‎(1)入射光光子的能量；‎ ‎(2)铜板的极限频率．‎ ‎ ‎ 第62讲　光电效应 波粒二象性知识整合 基础自测 一、1.(1)吸收　反射　(2)①温度　种类　表面状况　②温度　a．增加　b．短 ‎2．量子化　(1)最小能量 二、1.光电子　光电流 ‎2．(1)饱和电流　增大　(2)减小到零　强度　频率　(3)不同　(4)瞬时 ‎3．(1)hν　(2)Ek＝hν－W0‎ 三、能量　能量　动量 四、1.(1)波动　(2)粒子　(3)波粒二象 ‎2. (1)大　小 方法技巧 ‎·典型例题1· 变大　1.9　【解析】　电流表有计数，说明发生了光电效应，光电流的大小与光的强度成正比，增加光的强度，电流表示数变大．电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表计数为零根据题意光电子的最大初动能为Ek＝qU＝0.6 eV，根据光电效应方程W0＝hν－Ek＝1.9 eV.‎ ‎·变式训练1·B　【解析】　光的强度和光照时间不能决定能否发生光电效应， 电源电压为正向电压且光照到光电管上灵敏电流计中没有电流，则可能没有发生光电效应，即入射光的频率过小，波长过长造成的．‎ ‎·典型例题2·hν0　h－hν0　【解析】　最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以W0＝hν0.根据光电效应方程， Ekm＝hν－W0，用一束波长范围为λ1～λ2，且λ1<λ2的光照射该金属时产生光电效应，入射光的最小波长为λ1～λ2，且λ1，即频率最大， 那么产生的光电子的最大初动能为Ekm＝h－hν0, ‎ ‎·变式训练2·小于　A　【解析】　根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0及能量守恒定律方程：Ekm＝eUc，得eUc＝hν－W0即Uc＝－ .当 Uc＝0 时，对应的频率为截止频率，由图知金属 A 的截止频率小于金属 B 的截止频率．金属的逸出功为W0＝hν0，根据Ekm＝hν－hν0可知ν 相同时，由于金属 A 的截止频率较小，所以从金属 A 逸出光电子的最大初动能较大．‎ ‎·典型例题3·大于　大于　【解析】　由Uce＝hν－W0可知遏止电压越大，入射光的频率越大．饱和电流越大，光照越强，a光的强度大于b光的强度．‎ ‎·典型例题4·CD　【解析】　根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达到95%以上，当然也可能落在其他亮纹处和暗纹处，只不过概率比落在中央亮纹处的要小，故C、D正确．‎ 当堂检测 ‎1．BC　【解析】　普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论，故A错误；爱因斯坦为了解释光电效应的规律，提出了光子说，光子说属于量子理论的范畴．所以B选项是正确的； 在量子理论中，实物粒子具有波粒二象性，所以C选项是正确的；根据测不准原理可以知道，微观粒子在受力状况和初速度确定的前提下，并不能同时确定它此后运动状态和位置，故D错误．‎ ‎2．B　【解析】　若滑片P向右移动，导致正向电压增大，而光子的最大初动能不变，饱和光电流不会变，则光电流的大小不变．故A 错误．若减小入射光的强度，导致光子数目减小，则电流表的示数会减小．所以B选项是正确的．若换用电动势更大的电源，与滑片向右移动一样，饱和电流不变，则电流表示数不变．故C错误．若电源的正、负极对调，则光电管两端的电压为反向电压，若保持照射光的频率和强度不变，反向电压会阻碍光电子的移动，导致光电流可能会减小，但并一定会减小，故D错误. ‎ ‎3. 小于　2∶1 　【解析】　动能与动量的关系P＝，质子(H)和α粒子(He)质量之比为1∶4，所以小于．物质波的波长λ＝， 可得λ＝，物质波的波长之比为2∶1.‎ ‎4．(1)阳极　(2)5.15(5.12～5.18)×1014‎ ‎3．41(3.39～3.43)×10－19　(3)1.23(1.21～1.25)×10－19　【解析】　(1)由光电管的结构知，A为阳极；(2)Ucν图象中横轴的截距表示截止频率νc，逸出功W0＝hνc；(3)由爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν－W0，可求结果．‎ ‎5．(1)h　(2)－　【解析】　(1)根据光子能量E＝hν，及ν＝， 那么入射光光子的能量h. (2)由功能关系可以知道光电子的最大初动能Ekm＝eEd，设铜板的极限频率为ν0, 则E＝hν0＋eEd，计算得出ν0＝－.‎