【名师面对面】2016高考物理大一轮复习第2讲光电效应与波粒二象性课件(选修3-5)

选修3－5选考部分第2讲光电效应与波粒二象性一、光电效应1．光电效应在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应．发射出来的电子叫______．如图13－2－1所示装置中，用弧光灯照射锌板，有电子从锌板表面飞出，使原来不带电的验电器带正电．图13－2－1光电子2．光电效应的规律(1)任何一种金属都有一个___________，入射光的频率ν必须大于这个极限频率：νν0，才能产生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光________的增大而增大．(3)入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是______的，一般不超过10－9s.(4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的________成正比．极限频率ν0频率瞬时强度3．爱因斯坦的光子说光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E跟光的频率ν成正比：E＝hν(h是普朗克常量)．4．爱因斯坦光电效应方程(1)最大初动能和逸出功金属表面的电子吸收光子后，克服金属原子核的引力做功．直接从金属表面逸出的电子所具有的最大动能称为最大初动能，克服金属原子核的引力逃逸出成为光电子所做的功的________叫逸出功．最小值(2)光电效应方程________________，hν极限＝W0(Ek是光电子的最大初动能，W0是__________功，即从金属表面直接飞出的光电子克服原子核引力所做的功)．Ek＝hν－W0逸出【跟踪训练】1．(单选)某种单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下列措施可能使金属产生光电效应的是()A．延长光照时间B．增大光的强度C．换用波长较短的光照射D．换用频率较低的光照射【答案】C【解析】产生光电效应与入射光的频率和金属板的材料有关，对于同种金属，要发生光电效应，就只有增大入射光的频率，也就是入射光的波长变短，选项C正确．2．(单选)1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功地解释了光电效应现象．关于光电效应，下列说法正确的是()A．当入射光的频率高于极限频率时，不能发生光电效应B．当入射光的波长小于极限波长时，能发生光电效应C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比【答案】B【解析】发生光电效应的条件是入射光光子能量应大于金属表面的逸出功，则入射光频率大于极限频率，波长小于极限波长，A错B对；由爱因斯坦光电效应方程12mv2m＝hν－W0可知光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大，而不是成正比，C、D错，故选B.二、光的波粒二象性1．光的波粒二象性光既有波动性，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________；大量光子的作用效果往往表现为________．(2)频率越低波动性________，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性________，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强．粒子性波动性越显著越显著(3)光在传播过程中往往表现出________；在与物质发生作用时往往表现为________．(4)由光子的能量E＝hν，光子的动量p＝hλ也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ.由以上两式和波速公式c＝λν还可以得出E＝pc.波动性粒子性2．物质波任何一个运动的物体都有一种波与之对应，其波长λ等于普朗克常量h跟物体运动的动量mv之比，即λ＝hmv.把运动的物体所对应的波叫做物质波，也叫______________，物质波也是__________．德布罗意波概率波【跟踪训练】3．(单选)下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往显示出粒子性【答案】C【解析】一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子，故A错误．光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量；电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以不能说光子与电子是同样的一种粒子，故B错误．光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著；光的波长越短，其光子的能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，故C正确，D错误．综上所述，本题应选C项．1．爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.hν：光子的能量；W0：逸出功；Ek：光电子的最大初动能．考查对“光电效应规律”的理解2．光子说对光电效应的解释现象解释存在极限频率一个电子只能吸收一个光子，光电子的初动能Ek只随入射光的频率ν增大而增大，与光强无关，只有当hν＞W0时，才有光电子逸出，ν0＝W0h就是光电效应的截止频率或极限频率．每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应现象解释光电子最大初动能的决定因素根据光电效应方程Ek＝hν－W0，可知最大初动能与光子的频率和物体的逸出功有关，光子的频率越大，金属的逸出功越小，逸出的光电子最大初动能越大光电效应的瞬时性电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电效应几乎是瞬时发生的，一般不超过10－9s注意：光电效应中的光包括不可见光．(单选)入射光线照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么下列说法正确的是()A．从光照到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小D．有可能不发生光电效应解析入射光的强度，是指单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，“入射光的强度减弱而频率不变”，表示单位时间内到达同一金属表面的光子数目减少而每个光子的能量不变．根据对光电效应的研究，只要入射光的频率大于金属的极限频率，那么当入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是同时完成的，与入射光的强度无关，故选项A、D错误；具有最大初动能的光电子，是来自金属最表层的电子，当它们吸收了光子的能量后，只要大于金属的逸出功就能摆脱原子核的束缚，成为光电子，当光子的能量不变时，光电子的最大初动能也不变，故选项B错误；当入射光强度减弱时，仍有光电子从金属表面逸出，但单位时间内逸出的光电子数目也会减少．答案C一题一得掌握两条线索，明确各概念间的对应关系：由上述关系可知两条线索：一是光的频率线，二是光的强度线．这两条线的对应关系是光强―→光子数目多―→发射光电子多―→光电流强度大；光子频率高―→光子能量大―→产生光电子的最大初动能大．(多选)关于光电效应，下列说法正确的是()A．极限频率越大的金属材料逸出功越大B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．相同频率的光照射不同金属，则从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多【答案】AC【解析】由W0＝hν0可知A正确．照射光的频率大于极限频率时才能发生光电效应，即B错误．由Ek＝hν－W0可知C正确．光强一定时，频率越高，则光子的能量越大，单位时间内射向金属的光子数目少，逸出的光电子数少，故D错误．光电效应方程的应用爱因斯坦建立了光电效应方程：光电子的最大初动能Ekmax＝hν－W，ν为入射光频率，h为普朗克常量，W为某种金属的逸出功．由Ek－ν图象可以得到的物理量(如图13－2－2所示)图13－2－2(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν0.(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W＝E.(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h.(单选)(2015年湛江模拟)用能量为5.0eV的光子照射某金属表面，金属发射光电子的最大初动能为1.5eV，则该金属的逸出功为()A．1.5eVB.3.5eVC．5.0eVD.6.5eV解析爱因斯坦光电效应方程是Ek＝hν－W0(其中，Ek为电子从金属表面逸出的最大初动能，hν为一个光子的能量，W0为逸出功)．金属的逸出功W0＝hν－Ek＝5.0eV－1.5eV＝3.5eV，选项B正确．答案B一题一得极限频率对应于逸出功，即逸出功等于普朗克常量与极限频率之乘积W＝hν0，而最大初动能Ekmax＝h(ν－ν0)可为光电效应方程的另一种形式．产生光电效应的条件亦可表述为①入射光子的能量必须大于金属的逸出功；②入射光的波长λ小于极限波长λ0.(多选)(2015年郑州模拟)甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的函数关系分别如图13－2－3中的Ⅰ、Ⅱ所示．下列判断正确的是()图13－2－3A．Ⅰ与Ⅱ不一定平行B．乙金属的极限频率大C．图象纵轴截距由入射光强度判定D．Ⅰ、Ⅱ的斜率是定值，与入射光和金属材料均无关系【答案】BD【解析】由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知，图线的斜率为普朗克常量h，故Ⅰ与Ⅱ一定平行，A错误，D正确；图线与横轴的交点为极限频率，B正确；图线纵轴的截距表示逸出功的大小，逸出功的大小由金属本身决定，C错误．(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．光的波粒二象性(4)由光子的能量E＝hν，光子的动量p＝hλ表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ.由以上两式和波速公式c＝λν还可以得出：E＝pc.(单选)关于物质的波粒二象性，下列说法不正确的是()A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性解析光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显．而宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性．选项D符合题意．答案D